(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、前記第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または前記第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、前記第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、前記選択候補帯域の中から無線信号を検出する周波数帯域を選択することが可能な周波数帯域選択部と、
前記周波数帯域選択部によって選択された周波数帯域における無線信号を検出するセンサー部とを備え、
前記周波数帯域選択部は、選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択する
ことを特徴とする無線機。
【請求項２】
センサー部は、
選択された周波数帯域での無線信号の検出結果と、第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域で一つの送信機から送信される無線信号の伝搬損失を推定する伝搬損失推定部を含む
請求項１に記載の無線機。
【請求項３】
周波数帯域選択部は、選択候補帯域の中で、送信される無線信号の等価等方輻射電力が大きいものから所定数の周波数帯域を、無線信号を検出する周波数帯域として選択する
請求項１または請求項２に記載の無線機。
【請求項４】
周波数帯域選択部は、選択候補帯域の中から、所定の距離以内にある送信機では共用されていない第二または第三の周波数帯域を、無線信号を検出する周波数帯域として複数選択する
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の無線機。
【請求項５】
周波数帯域選択部は、第一の周波数帯域と、選択候補帯域に含まれる、所定の距離以内にある送信機では共用されていない１つ以上の第二または第三の周波数帯域とを、無線信号を検出する周波数帯域として選択する
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の無線機。
【請求項６】
伝搬損失推定部は、周波数帯域選択部で選択された周波数帯域と第一の周波数帯域での電波伝搬による伝搬損失の差を伝搬モデルから算出して、推定した伝搬推定値を補正する
請求項２に記載の無線機。
【請求項７】
伝搬損失推定部は、選択された所定数の周波数帯域における無線信号の検出結果を用いて、各周波数帯域に対する伝搬利得を推定し、所定の重みにより前記各伝搬利得を重み付け合成した伝搬利得推定値から伝搬損失を推定する
請求項２または請求項６に記載の無線機。
【請求項８】
センサー部は、
選択された周波数帯域での無線信号の検出結果と、第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域で一つの送信機から送信される無線信号の伝搬損失を推定する伝搬損失推定部と、
前記伝搬損失推定部によって推定された伝搬損失推定値と、周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域での受信電力を推定する受信電力推定部と、
前記受信電力推定部によって推定された受信電力推定値を所定の閾値と比較することによって、前記第一の周波数帯域の共用可否を判定する判定部とを含む
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の無線機。
【請求項９】
電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、前記第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または前記第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、前記第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、前記選択候補帯域の中から無線信号を検出する周波数帯域を選択することが可能な周波数帯域選択部と、
前記周波数帯域選択部によって選択された周波数帯域における無線信号を検出するセンサー部とを備え、
前記周波数帯域選択部は、選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
センサー部は、
選択された周波数帯域での無線信号の検出結果と、第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域で一つの送信機から送信される無線信号の伝搬損失を推定する伝搬損失推定部を含む
請求項９に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知する報知装置を備えた
請求項９または請求項１０に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
無線機におけるスペクトルセンシング方法であって、
電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、前記第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または前記第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、前記第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、前記選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択し、
選択された周波数帯域における無線信号を検出する
ことを特徴とするスペクトルセンシング方法。
【請求項１３】
選択された周波数帯域での無線信号の検出結果と、第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域で一つの送信機から送信される無線信号の伝搬損失を推定する
請求項１２に記載のスペクトルセンシング方法。
【請求項１４】
無線機に適用される無線機制御プログラムであって、
コンピュータに、
電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、前記第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または前記第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、前記第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、前記選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択する処理、および
選択された周波数帯域における無線信号を検出させる処理
を実行させるための無線機制御プログラム。
【請求項１５】
コンピュータに、
選択された周波数帯域での無線信号の検出結果と、第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域で一つの送信機から送信される無線信号の伝搬損失を推定する処理
を実行させる請求項１４に記載の無線機制御プログラム。
【請求項１６】
電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、前記第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または前記第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、前記第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、前記選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択することが可能な周波数帯域選択部と前記周波数帯域選択部によって選択された周波数帯域における無線信号を検出するセンサー部とを備えた無線機を含む無線端末を相手に、電波到達状況の推定対象となる周波数帯域を利用する無線通信システムで用いられている周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報であって、少なくとも周波数帯域の中心周波数、周波数帯域幅、前記無線通信システムの送信機の位置情報、前記無線通信システムの送信アンテナ高情報、前記無線通信システムの送信電力、前記無線通信システムの送信アンテナ利得、伝搬モデルを示す情報、標準受信アンテナ高の全てまたはいずれかを含む周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知する
ことを特徴とする周波数利用情報報知装置。
【請求項１７】
コンピュータに、
電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、前記第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または前記第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、前記第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、前記選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択することが可能な周波数帯域選択部と前記周波数帯域選択部によって選択された周波数帯域における無線信号を検出するセンサー部とを備えた無線機を含む無線端末を相手に、電波到達状況の推定対象となる周波数帯域を利用する無線通信システムで用いられている周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報であって、少なくとも周波数帯域の中心周波数、周波数帯域幅、前記無線通信システムの送信機の位置情報、前記無線通信システムの送信アンテナ高情報、前記無線通信システムの送信電力、前記無線通信システムの送信アンテナ利得、伝搬モデルを示す情報、標準受信アンテナ高の全てまたはいずれかを含む周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知する処理
を実行させるための周波数利用情報報知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周囲の無線環境を認知する無線機、無線通信システム、スペクトルセンシング方法、無線機制御プログラム、周波数利用情報報知装置および周波数利用情報報知プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周囲の無線環境に応じて、適応的に無線通信に用いるパラメータを変更する無線通信システムであるコグニティブ無線においては、周囲の無線環境を認知（無線信号を検出）し、その無線環境に応じてパラメータの最適化を行う。特に、他の無線通信システム（以後プライマリシステムと記載する）に割り当てられた周波数帯域において、コグニティブ無線システムがセカンダリシステムとして周波数帯域を共有して利用することで、周波数の利用効率が向上する。
【０００３】
セカンダリシステムがプライマリシステムと周波数帯域を共有して使用する際、セカンダリシステムは、プライマリシステムの行う既存サービスに影響を及ぼさないようにする必要がある。セカンダリシステムでは、プライマリシステムへの干渉を回避するために、プライマリシステムに時間的・空間的に使用されない周波数帯域を利用するか、又は、プライマリシステムで許容される干渉量以下となるように通信を行う必要がある。即ち、セカンダリシステムは周波数帯域の使用前に、プライマリシステムによる当該周波数帯域の使用状況を正確に認識する必要がある。
【０００４】
プライマリシステムの使用していない周波数帯域をセカンダリシステムが利用する無線通信システムの一例としては、ＩＥＥＥ８０２．２２が挙げられる。ＩＥＥＥ８０２．２２では、プライマリシステムであるテレビ放送システムに割当てられている周波数帯域（ＴＶチャネル）を共用するセカンダリシステムである地域無線ネットワーク（Wireless Regional Area Network：ＷＲＡＮ）システムの標準化が議論されている。このＷＲＡＮシステムでは、地理データベースを利用することでＷＲＡＮシステムの共用可能なＴＶチャネルの候補を決定する。また、ＷＲＡＮシステムでは、テレビ放送システムによるチャネル使用状況を認識するために、スペクトルセンシングを行う。
【０００５】
前述の地理データベースは、プライマリシステムの周波数利用情報を格納している。地理データベースに格納される周波数利用情報には、プライマリシステムに免許の割当てられたチャネルに関する中心周波数、周波数帯域幅、送信機の緯度／経度情報、送信電力、送信アンテナ利得等がある。セカンダリシステムは、Global Positioning System（ＧＰＳ）等を利用してセカンダリシステムの無線機（以後、セカンダリ無線機と記載する）の位置情報を取得する。次に、セカンダリシステムは地理データベースへアクセスして、格納された周波数利用情報を取得することでプライマリシステムの送信状況を把握し、セカンダリ無線機の周囲においてプライマリシステムが使用しておらず、プライマリシステムと周波数共用できる可能性の高い候補チャネルを決定する。
【０００６】
また、前述のスペクトルセンシングは、セカンダリ無線機の位置においてプライマリシステムの使用チャネルを共用して利用可能かどうか判別する方法であり、セカンダリ無線機がプライマリシステムの送信機（以後、プライマリ送信機と記載する）から送信された信号（以後、プライマリ信号と記載する）を含む周囲の無線信号を検出して解析を行う。セカンダリシステムは、スペクトルセンシングによって、セカンダリ無線機で検出された無線信号を解析し、セカンダリ無線機の周囲においてプライマリ信号が存在するか判定する。換言すれば、プライマリシステムが通信や放送を行っているかどうかを判断する。スペクトルセンシングでの無線信号検出の対象となるチャネルは、周波数利用情報を含む地理データベースを用いて決定した候補チャネル等を用いることができる。また、スペクトルセンシングは、プライマリ信号を含む無線信号を検出することで、プライマリ送信機とセカンダリ無線機間の電波伝搬によってどの程度の減衰が生じたか（伝搬損失）を推定することができる。この伝搬損失の推定結果は、プライマリシステムの既存サービスに影響与えない範囲でセカンダリシステムがどの程度の送信電力を使用可能か（以後、この電力を許容送信電力と記載する）を決定するために利用される。
【０００７】
スペクトルセンシングの具体的な信号処理方法は大別すると、時間平均により求めた受信信号電力の大きさにより判定する電力検出による方法（energy detection：以下、第１の信号処理方法という。）と、プライマリ信号に含まれる特徴量を検出に利用する方法（feature detection：以下、第２の信号処理方法という。）がある。第２の信号処理方法としては、プライマリ信号の周期定常性（cyclostationary）を利用する方法（特許文献１参照）や、送信信号またはフレームフォーマットに含まれる周期性を利用する方法（特許文献２参照）、受信信号内のパイロット信号系列と同一の系列をセカンダリ無線機で用意し、受信信号との相関をとる方法（非特許文献１参照）等がある。
【０００８】
このスペクトルセンシングに関するＷＲＡＮシステムの要求条件として、ＩＥＥＥ８０２．２２では、米国のテレビ放送規格であるAdvanced Television Systems Committee（ＡＴＳＣ）信号の受信電力が帯域幅６ＭＨｚで−１１６ｄＢｍ以上の場合には、誤検出確率（probability of misdetection）と誤警報確率（probability of false alarm）をそれぞれ０．１以下にすることが規定されている。
【０００９】
ここで、誤検出確率とは、プライマリ信号の受信電力が基準電力以上で存在するにも関わらず、サーチした周波数帯域がプライマリシステムに使用されておらずセカンダリシステムで周波数共用可能であると誤って判断する確率である。また、誤警報確率とは、サーチした周波数帯域ではプライマリ信号が到来しておらずセカンダリシステムで使用可能であるにも関わらず、プライマリ信号が存在するためセカンダリシステムで周波数共用不可能であると誤って判断する確率である。プライマリ信号の誤検出は、プライマリシステムへの与干渉に繋がり、誤警報は周波数利用効率の低下をもたらす。
【００１０】
上記したＷＲＡＮシステム以外のコグニティブ無線通信システムにおいても、ＷＲＡＮシステムと同様に、プライマリシステムをセカンダリシステムの干渉から保護し、かつ、使用周波数帯の周波数利用効率を高く保つ必要がある。そのため、セカンダリシステムは、基準電力より高いレベルの受信信号に対しては誤検出確率を所定値以下とし、基準電力より十分低いレベルの受信信号に対しては誤警報確率を所定値以下とする必要性を有する。通常、高優先度であるプライマリシステムの既存サービスを保護するため、セカンダリシステムで行うスペクトルセンシングの要求条件は厳しく、極めて微弱な受信信号レベル（例えば、６ＭＨｚ帯域幅で−１１６ｄＢｍ等）が基準電力となる。従って、セカンダリシステムでは、微弱受信信号に対して、セカンダリ無線機位置における周波数共用可否を正確に判断する必要がある。また、スペクトルセンシングによって、プライマリ送信機とセカンダリ無線機の伝搬損失を推定する場合においても、周波数共用可否を判断する場合と同様に、伝搬損失の推定に微弱な受信信号を用いなくてはならない。
【００１１】
セカンダリシステムが、プライマリシステムの周波数利用情報を利用し、スペクトルセンシングを行うことで、プライマリ送信機とセカンダリ無線機間の伝搬損失を推定する従来技術が非特許文献２に示されている。非特許文献２では、Frequency Division Duplex（ＦＤＤ）のUniversal Mobile Telecommunications System（ＵＭＴＳ）をプライマリシステムとし、その下りリンクチャネルの無線信号を受信し、周期定常性利用センシングを行うことで伝搬損失を推定している。ここで、下りリンクチャネルに関する周波数利用情報である、中心周波数、帯域幅、送信電力、送信アンテナ利得については、セカンダリシステムで利用できることを仮定しており、これらの周波数利用情報を用いて伝搬損失の推定を行っている。また、推定した伝搬損失を用いることで、セカンダリシステムが周波数共用する場合の許容送信電力を決定する方法が示されている。許容送信電力は、伝搬損失推定値、プライマリシステムの基地局で許容できるセカンダリシステムからの干渉電力（以後、許容干渉電力と記載する）、雑音電力、シャドウィングおよびセンシング誤差補正のためのマージンを用いて求めている。セカンダリシステムでは、許容送信電力以下の送信電力を用いることで、プライマリシステムの基地局における被干渉量が許容干渉電力以下となるようにして、プライマリシステムの上りリンクチャネルにおいて通信を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２２２６６５号公報
【特許文献２】ＵＳ２００７００９２０４５
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】D．Cabric, S．M．Mishra, R．W．Brodersen, "Implementation issues in spectrum sensing for cognitive radios", the Thirty-Eighth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 2004年11月
【非特許文献２】P．Marques, J．Bastos、A．Gameiro, " Opportunistic use of 3G uplink licensed bands", IEEE International Conference on Communication (ICC), 2008年5月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述したように、セカンダリシステムでは、高優先度のプライマリシステムを保護する要求条件を満足するために、受信信号の受信レベルが微弱である場合においても、セカンダリシステムによる周波数共用可否の決定、または、プライマリ送信機とセカンダリ無線機間の伝搬損失の推定を行う必要がある。即ち、高精度のスペクトルセンシングが要求される。しかし、非特許文献２における従来技術では、次の理由により伝搬損失を高精度に推定することが難しい。
【００１５】
第１の理由は、プライマリ送信機から送信された信号は、プライマリ送信機とセカンダリ無線機の間での電波伝搬での距離減衰によって生じる伝搬損失に加え、シャドウィングやフェージングの影響を受けることによる。前述したように、スペクトルセンシングの要求条件として規定される基準電力は通常低い値に設定される。従って、セカンダリ無線機におけるプライマリシステムの信号の平均受信レベルも低くなるが、シャドウィングやフェージングによる受信電力の瞬時変動が更に加わることで、受信信号の瞬時的な受信レベルは更に低下する場合がある。このとき、スペクトルセンシングを行うセカンダリ無線機における信号受信時の信号対雑音電力比（Signal to Noise Ratio、ＳＮＲ）が更に劣化し、周波数共用可否の決定や伝搬損失の推定を高精度に行うことが難しくなる。
【００１６】
第２の理由は、セカンダリ無線機から最も近い距離にあるプライマリ送信機で使用中の周波数帯域において、別なプライマリ送信機も同一周波数帯域を使用していた場合に、セカンダリシステムでは各プライマリ送信機から送信された信号の合成信号が受信されてしまうことによる。
【００１７】
図１は、同一周波数帯域を使用しているプライマリ送信機１００とプライマリ送信機１０１、および、当該周波数帯域に対してスペクトルセンシングを行うセカンダリ無線機１２０を示した図である。プライマリ送信機１００とプライマリ送信機１０１はそれぞれ基準電力エリア５０と基準電力エリア６０とを有している。セカンダリ無線機１２０は、セカンダリシステムサービスエリア３０を有している。図１のように、セカンダリ無線機１２０ではセカンダリシステムサービスエリア３０が、プライマリシステムの基準電力エリア外となる場合には、プライマリシステムと周波数帯域を共用して利用してもよい。プライマリシステムの基準電力エリア外であるかどうかを判定するために、セカンダリ無線機１２０ではスペクトルセンシングを行い、受信されたプライマリ信号の電力が基準電力と比較して低いことを確認する。
【００１８】
しかし、プライマリ送信機１００とプライマリ送信機１０１は同一周波数帯域を使用しているため、セカンダリ無線機１２０では、各プライマリ送信機から送信されたプライマリ信号が合成されて受信される。セカンダリ無線機１２０において合成されたプライマリ信号が受信されるとき、単一のプライマリ信号を受信した場合と比べて相対的に大きい受信レベルでプライマリ信号が受信されるため、プライマリ信号の受信レベルが基準電力以上となる場合がある。
【００１９】
このとき、スペクトルセンシングによる周波数共用可否の判定では、プライマリ信号が基準電力以上でセカンダリ無線機に到達していると判定してしまい、周波数共用可能な周波数帯域を共用不可と誤って判定してしまう。即ち、誤警報確率が高くなり、共用可能な周波数帯域をセカンダリシステムで有効利用できずに周波数利用効率が低下してしまう。また、スペクトルセンシングによって伝搬損失を推定する場合には、合成信号の受信レベルが高くなることから、伝搬損失推定値が真値と比べて小さくなってしまう。即ち、伝搬損失の推定精度が劣化する。この結果として、伝搬損失を基に許容送信電力を決定する場合には、本来可能な送信電力と比べて小さい送信電力しか使用できなくなる。
【００２０】
本発明の目的は、伝搬損失の推定を高精度に行うことのできる無線機、無線通信システム、スペクトルセンシング方法、無線機制御プログラム、周波数利用情報報知装置および周波数利用情報報知プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明による無線機は、電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、選択候補帯域の中から無線信号を検出する周波数帯域を選択することが可能な周波数帯域選択部と、周波数帯域選択部によって選択された周波数帯域における無線信号を検出するセンサー部とを備え、周波数帯域選択部は、選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択することを特徴とする。
【００２２】
本発明による無線通信システムは、電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、選択候補帯域の中から無線信号を検出する周波数帯域を選択することが可能な周波数帯域選択部と、周波数帯域選択部によって選択された周波数帯域における無線信号を検出するセンサー部とを備え、周波数帯域選択部は、選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択することを特徴とする。
【００２３】
本発明によるスペクトルセンシング方法は、無線機におけるスペクトルセンシング方法であって、電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択し、選択された周波数帯域における無線信号を検出することを特徴とする。
【００２４】
本発明による無線機制御プログラムは、無線機に適用される無線機制御プログラムであって、コンピュータに、電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択する処理、および選択された周波数帯域における無線信号を検出させる処理を実行させることを特徴とする。
【００２５】
本発明による周波数利用情報報知装置は、電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、前記第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または前記第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、前記第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、前記選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択することが可能な周波数帯域選択部と前記周波数帯域選択部によって選択された周波数帯域における無線信号を検出するセンサー部とを備えた無線機を含む無線端末を相手に、電波到達状況の推定対象となる周波数帯域を利用する無線通信システムで用いられている周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報であって、少なくとも周波数帯域の中心周波数、周波数帯域幅、無線通信システムの送信機の位置情報、無線通信システムの送信アンテナ高情報、無線通信システムの送信電力、無線通信システムの送信アンテナ利得、伝搬モデルを示す情報、標準受信アンテナ高の全てまたはいずれかを含む周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知することを特徴とする。
【００２６】
本発明による周波数利用情報報知プログラムは、コンピュータに、電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、前記第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または前記第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって前記第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、前記第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、前記選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択することが可能な周波数帯域選択部と前記周波数帯域選択部によって選択された周波数帯域における無線信号を検出するセンサー部とを備えた無線機を含む無線端末を相手に、電波到達状況の推定対象となる周波数帯域を利用する無線通信システムで用いられている周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報であって、少なくとも周波数帯域の中心周波数、周波数帯域幅、無線通信システムの送信機の位置情報、無線通信システムの送信アンテナ高情報、無線通信システムの送信電力、無線通信システムの送信アンテナ利得、伝搬モデルを示す情報の全てまたはいずれかを含む周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知する処理を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、伝搬損失の推定を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術での課題を示すプライマリシステムとセカンダリシステムの地理的位置関係を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態におけるプライマリシステムとセカンダリシステムの構成要素を示す説明図である。
【図３】セカンダリ基地局２００の構成例を示すブロック図である。
【図４】周波数利用状況の例および各無線機での受信電力と送信機からの距離との関係を示す説明図である。
【図５】周波数帯域選択部２０４２でのチャネル選択の例を示す説明図である。
【図６】セカンダリ基地局２００におけるセンサー部２０５０の構成例を示すブロック図である。
【図７】プライマリシステムとセカンダリシステム間での伝搬損失の関係を示す説明図である。
【図８】セカンダリ基地局２００の送受信に関する時間周波数図である。
【図９】セカンダリ端末２１０の構成例を示すブロック図である。
【図１０】セカンダリ基地局２００の受信動作を示すフローチャートである。
【図１１】セカンダリ基地局２００の受信動作を示すフローチャートである。
【図１２】セカンダリ端末２１０の送信動作を示すフローチャートである。
【図１３】セカンダリ端末２１０の受信動作を示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施形態におけるプライマリシステムおよびセカンダリシステムの関係を示す説明図である。
【図１５】第２の実施形態におけるセカンダリ基地局３００の構成例を示すブロック図である。
【図１６】周波数選択部３０４２でのチャネル選択の例を示す説明図である。
【図１７】セカンダリ基地局３００のセンサー部３０５０の構成例を示すブロック図である。
【図１８】第３の実施形態におけるプライマリシステムおよびセカンダリシステムの関係を示す説明図である。
【図１９】第３の実施形態におけるセカンダリ基地局４００の構成例を示すブロック図である。
【図２０】周波数選択部４０４２でのチャネル選択の例を示す説明図である。
【図２１】周波数選択部４０４２でのチャネル選択の他の例を示す説明図である。
【図２２】センサー部５０５０の構成例を示すブロック図である。
【図２３】本発明の概要を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
実施形態１．
まず、第１の実施形態について図面を参照して説明する。図２は、周波数共用対象であるプライマリシステムと、そのプライマリシステムに対してスペクトルセンシングを利用して周波数共用を行う本発明におけるセカンダリシステムとの関係を例示する説明図である。図２には、プライマリシステムの送信機（プライマリ送信機）１００と、プライマリシステムの受信機（プライマリ受信機）１１０と、地理データベース１５０と、セカンダリシステムの基地局（セカンダリ基地局）２００と、セカンダリシステムの端末（セカンダリ端末）２１０とが示されている。
【００３１】
プライマリ送信機１００は、例えば、本発明のセカンダリ無線機（図２に示す例では、セカンダリ基地局２００）が周波数共用の対象とする周波数帯域を使用している送信機である。プライマリ受信機１１０は、プライマリシステム１００からのプライマリ信号を受信する受信機である。地理データベース１５０は、プライマリシステムの周波数の利用状況を示す周波数利用情報を格納している。
【００３２】
セカンダリ基地局２００は、セカンダリ無線機の一態様であって、スペクトルセンシングにより当該セカンダリ基地局２００の周囲の周波数帯域の使用状況を認識して、可能であれば周波数共用を行って信号を送信する基地局である。セカンダリ端末２１０は、セカンダリ無線機の一態様であって、セカンダリ基地局２００と通信を行う通信端末である。なお、本例では、セカンダリ端末２１０は、スペクトルセンシングのためにプライマリシステム１００からのプライマリ信号の受信（電波検出）も可能とする。
【００３３】
また、図２には、プライマリシステムとセカンダリシステムのサービスエリアがそれぞれプライマリシステムサービスエリア１０とセカンダリシステムサービスエリア３０として示されている。加えて、プライマリ信号の検出に関するセカンダリ基地局２００およびセカンダリ端末２１０の誤検出確率を所定値以内に抑える必要性の有るエリアが基準電力エリア５０として示されている。なお、基準電力エリア５０の外側の領域では、セカンダリシステムは誤警報確率を所定値以下に抑える必要がある。
【００３４】
図２に示すように、セカンダリシステムでの通信がプライマリシステムへの与干渉とならないように、セカンダリサービスエリア３０は基準電力エリア５０の外側にある。このようにセカンダリサービスエリア３０が基準電力エリア５０の外側である場合のみ、セカンダリシステムはプライマリシステムと周波数共用を行うようにする。
【００３５】
セカンダリ基地局２００は、プライマリシステムに関する周波数利用情報を取得可能なように、地理データベース１５０と通信ネットワークを介して接続される。なお、地理データベース１５０へのアクセスは、有線ネットワークを介してでも無線ネットワークを介してでもよい。また、地理データベース１５０に直接アクセスする以外に、地理データベース１５０とアクセス可能な装置を備えた報知システムによって報知される周波数利用情報を受信することによって取得してもよい。
【００３６】
また、セカンダリ基地局２００およびセカンダリ端末２１０は、プライマリ信号を受信し、基準電力エリア外であることをスペクトルセンシングによって判定する。または、セカンダリ基地局２００およびセカンダリ端末２１０は、プライマリ信号を受信し、スペクトルセンシングによってプライマリ送信機１００からの伝搬損失を推定する。
【００３７】
セカンダリ基地局２００は、セカンダリ端末２１０や他のセカンダリ端末（図示せず）に対し、スペクトルセンシングを行う周波数帯域（チャネル）の指示、送信電力の指示を行う。ここで、スペクトルセンシングを行う周波数帯域は、電波到達状況の推定対象であるプライマリシステムがIntegrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial（ＩＳＤＢ−Ｔ）方式のデジタルテレビ放送である場合には、チャネルを分割した単位であるセグメントとしてもよい。セカンダリ端末２１０では、セカンダリ基地局２００で指示されたチャネルに対し周波数共用可否判定、伝搬損失推定、受信電力推定を行い、セカンダリ基地局２００で指示された送信電力を用いてセカンダリ基地局２００との通信を行う。ここで、セカンダリ基地局２００は、プライマリ受信機への干渉が許容干渉電力以下となる許容送信電力を求め、許容送信電力以下の送信電力をセカンダリ基地局２００やセカンダリ端末２１０の送信電力として設定する。
【００３８】
次に、図３を用いてセカンダリ基地局２００の構成を説明する。図３は、セカンダリ基地局２００の構成例を示すブロック図である。図３に示すセカンダリ基地局２００は、アンテナ２００１と、送受信分離部２００２と、送信変調器２０１０と、低雑音増幅器２０３１と、ＲＦアナログ部２０３０と、センサー部２０５０と、受信復調器２０２０と、周波数利用情報取得部２０４１と、周波数帯域選択部２０４２と、許容送信電力設定部２０６０と、送信制御部２０７０とを備える。
【００３９】
アンテナ２００１は、送受信時に使われるアンテナである。送受分離部２００２は、送信する際には送信変調器２０１０から送られた信号をアンテナ２００１へ供給し、受信する際にはアンテナ２００１で受信した信号を低雑音増幅器２０３１へ送る。
【００４０】
送信変調器２０１０は、送信制御部２０７０で定められた送信電力を用いて、送信ビット系列の符号化や変調を行って送信信号を生成し、送受分離２００２へ送出する。送信ビット系列は、データまたは送信制御部２０７０で生成された制御情報で構成される。
【００４１】
低雑音増幅器２０３１は、送受分離２００２から供給された受信信号を増幅し、ＲＦアナログ部２０３０にある帯域通過フィルタ２０３２へ信号を供給する。
【００４２】
ＲＦアナログ部２０３０では、低雑音増幅器２０３１からＲＦ信号が供給され、受信復調器２０２０またはセンサー部２０５０へデジタルベースバンド信号を供給する。ＲＦアナログ部２０３０は、帯域通過フィルタ２０３２と、ミキサー２０３３と、局部発振器２０３４と、低域通過フィルタ２０３５と、アナログデジタル変換部２０３６とを含む。
【００４３】
まず、帯域通過フィルタ２０３２は、周波数帯域選択部２０４２で決定された中心周波数、帯域幅を設定し、ＲＦ信号のフィルタリングを行う。フィルタリングされた信号はミキサー２０３３へ送出される。
【００４４】
局部発振器２０３４は、周波数帯域選択部２０４２で決定された中心周波数を設定し、正弦信号をミキサー２０３３へ送出する。
【００４５】
ミキサー２０３３は、局部発信器２０３４で生成された正弦信号と帯域通過フィルタ２０３２から供給された信号を掛け合わせる。この信号は、低域通過フィルタ２０３５へ送出される。
【００４６】
低域通過フィルタ２０３５では、周波数帯域選択部２０４２で決定された帯域幅で、ミキサー２０３３から送られた信号をフィルタリングすることで、ＲＦ信号からベースバンド信号の同相成分、直交成分が生成される。
【００４７】
生成されたベースバンド信号は、アナログデジタル変換器２０３６においてサンプリングされ、アナログ信号からデジタル信号に変換される。生成されたデジタル信号は、受信復調器２０２０またはセンサー部２０５０に送出される。
【００４８】
受信復調器２０２０は、アナログデジタル変換器２０３６から送られたデジタル信号に対し、復調処理、復号処理を行うことで、セカンダリ端末から送られた送信ビット系列を生成する。ここで、セカンダリ端末から送信された送信ビット系列に、制御情報として周波数共用可否の判定結果、伝搬損失推定値（または受信電力推定値）が含まれる場合には、それら情報を許容送信電力設定部２０６０へ送る。
【００４９】
周波数利用情報取得部２０４１は、通信ネットワークを通じて地理データベース１５０に格納された周波数利用情報を取得する。ここで、周波数利用情報は、当該セカンダリシステムで周波数共用対象となる周波数帯域の利用状況についての情報であって、少なくとも各チャネルの中心周波数、周波数帯域幅、各プライマリ送信機の位置情報（例えば、緯度／経度情報、送信アンテナ高情報）、送信電力、送信アンテナ利得を含む情報である。さらに、サービスエリア半径やプライマリ受信機の許容干渉電力を含んでいてもよい。これらは、例えば、送信電力制御用に使用される。また、さらに適用伝搬モデルとそのモデルに応じた必要パラメータ（プライマリ受信機の標準受信アンテナ高等）を含んでいてもよい。これらは、例えば、周波数帯域間の補正用に使用される。本実施形態では、各チャネルの中心周波数、周波数帯域幅、各プライマリ送信機の緯度／経度情報、送信アンテナ高情報、送信電力、送信アンテナ利得、サービスエリア半径、適用伝搬モデル、プライマリ受信機の許容干渉電力、プライマリ受信機の標準受信アンテナ高を含むものとする。これらの周波数利用情報は、周波数帯域選択部２０４２へ創出される。
【００５０】
周波数帯域選択部２０４２は、周波数利用情報取得部２０４１で取得した周波数利用情報に基づき、セカンダリ基地局２００およびセカンダリ端末で周波数共用可能か否かを判定するチャネルを決定する。このうち、セカンダリ端末で共用可否を判定するチャネルについては、送信制御部２０７０に送られる。また、周波数帯域選択部２０４２は、セカンダリ端末のスペクトルセンシングで必要となる周波数利用情報を送信制御部２０７０に送る。本例では、端末に送信する周波数利用情報は、各チャネルの中心周波数、周波数帯域幅、プライマリ送信機の緯度／経度情報、送信アンテナ高情報、送信電力、送信アンテナ利得とする。
【００５１】
次に周波数帯域選択部２０４２でのチャネル決定方法について説明する。ここで、セカンダリ基地局２００において第１に電波到達状況の推定対象とするチャネル（すなわち、第一の周波数帯域）をＣＨ＿０とする。電波到達状況の推定対象とするチャネルは、その後当該セカンダリシステムにおいて受信電力推定対象または周波数共用可否の判定対象となるチャネルであって、所定の方法に従い１つ決定されればよい。ＣＨ＿０の決定方法は任意でよい。例えば、全てのＴＶチャネルについて周波数共用可否の判定を行う場合には、周波数の低い方から順番にチャネルを選択してもよい。また、例えば、等価等方複射電力で昇順にソートして、電力の小さいものから選択してもよい。
【００５２】
周波数帯域選択部２０４２は、そのＣＨ＿０に対して、まず選択候補とするチャネルを、ＣＨ＿０および、ＣＨ＿０を使用する（ＣＨ＿０を使ってプライマリ信号を送信する）プライマリ送信機で使用される別なチャネル（すなわち、第二の周波数帯域）、および、ＣＨ＿０を使用するプライマリ送信機に近接するプライマリ送信機で使用されるチャネル（すなわち、第三の周波数帯域）とする。例えば、ＣＨ＿０を使用するプライマリ送信機が屋上に設置されている建物と同じ屋上に設置された別なプライマリ送信機や、プライマリ送信機の設置された放送塔（無線局）に同様に設置された別なプライマリ送信機が、前述の近接した位置にあるプライマリ送信機となり、これら送信機で使用されるチャネルが選択候補となる。より具体的には、例えば、地理データベース１５０から取得した周波数利用情報を使用して、ＣＨ＿０を使用するプライマリ送信機の緯度／経度と同一または一定値以内の緯度／経度に設置されており、送信アンテナ高に関しても同様に一定値以内であるプライマリ送信機をサーチし、そのプライマリ送信機で使用されているチャネルを選択候補とする。
【００５３】
周波数帯域選択部２０４２は、これら選択候補のチャネルの中で、送信電力と送信アンテナ利得の積である等価等方輻射電力が最大であるチャネルを選択する。ここで選択されたチャネル（ＣＨ＿ｋとする）が、セカンダリ基地局２００で実際にスペクトルセンシングを行うチャネルとなる。このＣＨ＿ｋの中心周波数、帯域幅は帯域通過フィルタ２０３２へ送られる。また、ＣＨ＿ｋの中心周波数は局部発振器２０３４に送られ、ＣＨ＿ｋの帯域幅は低域通過フィルタ２０３５へ送られる。さらに、ＣＨ＿ｋで使用される等価等方輻射電力、および、当該セカンダリ基地局２００において周波数共用可否の判定対象であるチャネルＣＨ＿０で使用されている等価等方輻射電力がセンサー部２０５０に送られる。
【００５４】
また、周波数帯域選択部２０４２では、ＣＨ＿０に関する周波数利用情報を許容送信電力設定部２０６０に送る。
【００５５】
以下、図面を用いて周波数帯域選択部２０４２でのチャネルの選択方法を説明する。図４は、周波数利用状況の例および各無線機での受信電力と送信機からの距離との関係を示す説明図である。図４には、プライマリ送信機１００がＣＨ＿０とＣＨ＿１を使ってプライマリ信号を送波している例が示されている。ここで、ＣＨ＿０とＣＨ＿１の信号は、同一送信機から送信されているものとする。また、周波数利用情報からＣＨ＿０の等価等方輻射電力Ｐ１＜ＣＨ＿１の等価等方輻射電力Ｐ２となっているものとする。プライマリ送信機１００から送波される信号は、等価等方輻射電力（例えばＰ１やＰ２）で送信され、そのプライマリ送信機１００（ＰＳ）からの距離が遠くなるほど減衰して受信される。すなわち、受信機における受信電力は、プライマリ送信機１００との距離が遠くなるほど小さくなる。このとき、図４のグラフで示すように、ＣＨ＿０の伝搬損失Ｇ１とＣＨ＿１の伝搬損失Ｇ２との関係のように、同一送信機（または近傍の送信機）から送信される信号は同程度の距離減衰を受けることがわかる。
【００５６】
また、図５は、図４に示す周波数利用状況における周波数帯域選択部２０４２でのチャネル選択の例を示す説明図である。なお、図５（ａ）は、等価等方輻射電力との関係においてチャネル選択の例を示す説明図であり、図５（ｂ）は、地理的関係においてチャネル選択の例を示す説明図である。例えば、図４に示すような周波数利用状況であった場合、図５に示すように、等価等方輻射電力のより小さいＣＨ＿０を第一の電波到達状況の推定対象（すなわち、第一の周波数帯域）として、このＣＨ＿０の周波数共用可否を判定するために、第一、第二または第三の周波数帯域のうち等価等方輻射電力のより大きいＣＨ＿１をセンシング対象としてもよい。等価等方輻射電力の大きなチャネルを用いることで、伝搬損失の推定精度を向上させることができ、また高精度な伝搬損失推定値を用いれば、ＣＨ＿０の受信電力の推定精度を向上させることができるからである。
【００５７】
次に、センサー部２０５０の構成について図６を用いて説明する。センサー部２０５０は、スペクトルセンシングの方法として電力検出を用いた具体例である。以降の実施の形態においても同様に、電力検出を例として用いるが、使用するスペクトルセンシングの手法についてはこれに限定されないものとする。
【００５８】
図６に示すセンサー部２０５０は、電力検出部２０５１と、伝搬損失推定部２０５２と、所望チャネル受信電力推定部２０５３と、判定部２０５４とを含む。
【００５９】
アナログデジタル変換器２０３６から送られたベースバンド信号は、電力検出部２０５１へ入力される。電力検出部２０５１は、入力されたベースバンド信号を元に、プライマリ信号の受信電力の推定値を算出する。電力検出部２０５１は、例えば、入力されたベースバンド信号から各サンプルの二乗値に対し加算平均をとる。さらに、その加算平均値からセカンダリ基地局２００での雑音電力を減算することで、プライマリ信号の受信電力の推定値を得る。本例では、以下の式（１）によりプライマリ信号の受信電力の推定値を算出する。
【００６０】
【数１】
0005531622.tif 000002
【００６１】
ここで、ｙ（ｎ）は第ｎサンプルにおけるＣＨ＿ｋのベースバンド信号のサンプル値、Ｎは加算平均で用いるサンプル数、σ２はセカンダリ基地局２００における雑音電力を表し、Dｋはプライマリ信号の受信電力の推定値である。ここで、ベースバンド信号ｙ（ｎ）は等価低域表現とし、同相成分を実部に、直交成分を虚部にもつ複素数である。雑音電力は、セカンダリ基地局２００で推定する必要があるが、ここでは図示していない。式（１）で得られたＣＨ＿ｋのプライマリ信号の受信電力推定値は、伝搬損失推定部２０５２に送られる。
【００６２】
伝搬損失推定部２０５２は、周波数帯域選択部２０４２から送られたＣＨ＿ｋの等価等方輻射電力と、電力検出部２０５１から送られたＣＨ＿ｋのプライマリ信号の受信電力推定値とに基づいて、ＣＨ＿ｋを使用するプライマリ送信機とセカンダリ基地局２００との間での伝搬損失を推定する。伝搬損失推定部２０５２は、例えば、周波数帯域選択部２０４２から送られたＣＨ＿ｋの等価等方輻射電力を電力検出部２０５１から送られたＣＨ＿ｋのプライマリ信号の受信電力推定値で除算し、低雑音増幅器２０３０の利得との積をとることで、ＣＨ＿ｋを使用するプライマリ送信機とセカンダリ基地局２００との間での伝搬損失を推定する。本例では、以下の式（２）により伝搬損失を推定（算出）する。
【００６３】
【数２】
0005531622.tif 000003
【００６４】
ここで、ＰｋはＣＨ＿ｋの等価等方輻射電力を表し、Ｇａｍｐは低雑音増幅器２０３１の利得（自動利得制御がある場合には、当該利得を含む。）を表し、Ｌｋは伝搬損失である。なお、伝搬損失は伝搬利得の逆数として定義する。この伝搬損失は、ＣＨ＿ｋを使用するプライマリ送信機とＣＨ＿０を使用するプライマリ送信機とが同一または近接していることから、ＣＨ＿０を使用するプライマリ送信機とセカンダリ基地局２００との間の伝搬損失とみなすことができる。こうして得られた伝搬損損失は所望チャネル受信電力推定部２０５３と許容送信電力設定部２０６０とに送られる。
【００６５】
所望チャネル受信電力推定部２０５３は、伝搬損失推定部２０５２から送られた伝搬損失と周波数帯域選択部２０４２から送られたＣＨ＿０の等価等方輻射電力とに基づき、ＣＨ＿０の受信電力を推定する。所望チャネル受信電力推定部２０５３は、例えば、伝搬損失推定部２０５２から送られた伝搬損失と周波数帯域選択部２０４２から送られたＣＨ＿０の等価等方輻射電力とを、以下に示す式（３）に用いることにより、ＣＨ＿０の受信電力推定値Ｐｒｘ，０を算出する。
【００６６】
【数３】
0005531622.tif 000004
【００６７】
ここで得られたＣＨ＿０の受信電力推定値Ｐｒｘ，０は判定部２０５４に送られる。判定部２０５４は、所望チャネル受信電力推定部２０５３から送られたＣＨ＿０の受信電力推定値に基づき、ＣＨ＿０について周波数共用の可否を判定する。判定部２０５４は、例えば、所望チャネル受信電力推定部２０５３から送られたＣＨ＿０の受信電力推定値と所定の閾値とを比較し、受信電力推定値が閾値より小さい場合には周波数共用可能であり、受信電力推定値が閾値より高い場合には周波数共用不可であると判定してもよい。この周波数共用可否判定の二値情報（共用可／共用不可）は許容送信電力設定部２０６０に送られる。なお、これに加えて、ＣＨ＿ｋのプライマリ信号の受信電力推定値であるＤｋを閾値比較することで、ＣＨ＿ｋの周波数共用可否を決定し、ＣＨ＿０の結果と併せて許容送信電力設定部２０６０に送ってもよい。なお、ここでは式（１）から式（３）を用いてＣＨ＿０の受信電力推定値を求めたが、この形態に限定されず、式（１）から式（３）をまとめた一つの式で算出する形態でもよい。
【００６８】
許容送信電力設定部２０６０では、判定部２０５４から送られた周波数共用可否の二値情報に基づき許容送信電力を設定する。また、許容送信電力の設定には、周波数帯域選択部２０４２から送られたＣＨ＿０に関する種種の周波数利用情報を利用する。さらに、受信復調器２０２０から送られたセカンダリ端末での周波数共用可否の判定結果、伝搬損失推定値（または受信電力推定値）を利用してもよい。ここで、セカンダリ端末でのスペクトルセンシングにより得られた周波数共用可否の結果を使用する場合には、周波数共用可という結果を１、周波数共用不可という結果を０としたときに、セカンダリ基地局２００での周波数共用可否の判定結果も含めた全判定結果の論理和や論理積等を最終判定結果とすることができる。また、セカンダリ端末でのスペクトルセンシングにより得られた伝搬損失推定値や受信電力推定値を利用する場合にはそれぞれの平均値を最終的な伝搬損失推定値や受信電力推定値とすることも可能である。以下では、説明を簡単にするため、セカンダリ基地局２００自身で得られた周波数共用可否の判定結果、伝搬損失推定値を用いて許容送信電力を設定する。
【００６９】
まず、周波数共用可／不可の二値情報の結果から周波数共用不可である場合には許容送信電力を０［Ｗ］に設定する。
【００７０】
次に、周波数共用可能である場合のプライマリシステムとセカンダリシステムとの伝搬損失の関係について図７に示す。図７には、プライマリ送信機１００と、プライマリシステムサービスエリア１０内でセカンダリシステムから最も近い位置にあるプライマリ受信機１１０、およびセカンダリ基地局２００が示されている。また、図２と同様に、プライマリシステムサービスエリア１０とセカンダリシステムサービスエリア３０、基準電力エリア５０が示されている。加えて、セカンダリ基地局２００からプライマリ受信機１１０までの伝搬損失推定値をＬＳＰとし、プライマリ送信機１００からセカンダリ基地局２００までの伝搬損失推定値をＬＰＳとしている。
【００７１】
伝搬損失推定値ＬＳＰは、プライマリ送信機１００の位置とサービスエリア半径を用いて、セカンダリ基地局２００から最も近い位置（セカンダリ基地局２００はＧＰＳ等で自身の位置情報を取得できるものとする）におけるプライマリシステムのサービスエリア端（図７におけるプライマリ受信機１１０の位置）を求め、その位置とセカンダリ基地局との間の伝搬損失を適用伝搬モデルに基づき求めたものである。ここで、適用伝搬モデルは、奥村・秦モデル等の伝搬モデルを用いることができる。本実施形態では、地理データベース１５０から取得した周波数利用情報で指定された伝搬モデルを用いる。例えば、奥村・秦モデルを使用する場合には、周波数仕様情報によって示されるプライマリ受信機１１０の標準アンテナ高、中心周波数、セカンダリ基地局２００のアンテナ高、位置情報を用いて計算したセカンダリ基地局２００とプライマリシステムのサービスエリア端との距離とを使用して、伝搬損失を計算する。同様にして、伝搬損失推定値ＬＰＳも、プライマリ送信機１００の位置情報とセカンダリ基地局２００の位置情報を用いて適用伝搬モデルから求めることができる。
【００７２】
周波数共用可能である場合には、プライマリ受信機１１０での受信干渉電力が許容値（許容干渉電力）を超えないよう、許容送信電力ＰＳ，ａｌｌｏｗ（ただし、セカンダリ基地局２００の送信アンテナ利得込みの等価等方輻射電力とする）を設定する。より具体的には、以下の式（４）で許容送信電力を算出してもよい。
【００７３】
【数４】
0005531622.tif 000005
【００７４】
ここで、ＰＳ，ａｌｌｏｗはプライマリ受信機での許容干渉電力（ただし、プライマリ受信機の受信アンテナ利得込みとする）、Γはシャドウィングやフェージングを考慮したマージンである。ただし、式（４）の全ての値は真値からｄＢｍまたはｄＢに変換された値とする。
【００７５】
また、式（４）によって許容送信電力を設定する以外に、例えば、伝搬損失推定部２０５２でスペクトルセンシングを行うことで得られたプライマリ送信機とセカンダリ基地局２００との間の伝搬損失推定値を用いて上述の非特許文献２に記載されている方法を用いて許容送信電力を設定してもよい。すなわち、伝搬損失推定値、許容干渉電力、雑音電力、シャドウィングおよびセンシング誤差補正のためのマージンを用いて求めてもよい。
【００７６】
このように決定された許容送信電力は送信制御部２０７０に送られる。
【００７７】
送信制御部２０７０は、セカンダリ基地局２００での送信に用いる電力を決定するため、許容送信電力設定部２０６０で決定された許容送信電力以下の範囲で送信電力制御を行う。加えて、セカンダリ端末２１０での送信に使用する送信電力についても許容送信電力以下となるよう決定し、制御情報として生成する。また、各セカンダリ端末２１０がセカンダリ基地局との通信時に使う無線リソース（チャネル、時間スロット、符合等）を表すスケジューリング情報を生成する。
【００７８】
また、セカンダリ端末２１０でもスペクトルセンシングを行わせる場合には、当該セカンダリ端末２１０がセンシングを行う無線リソース（スペクトルセンシングを行うチャネル、時間スロット、符合等）を表すセンシングスケジューリング情報（無線リソースと当該セカンダリ端末２１０との関連付け）を制御情報として生成する。
【００７９】
また、送信制御部２０７０は、周波数帯域選択部２０４２から送られた周波数利用情報を制御情報として生成する。また、これら制御情報の他にセカンダリシステム間での通信に必要な制御情報があれば生成する。送信制御部２０７０で決定された制御情報は、送信変調器２０１０へ送出される。
【００８０】
図８には、周波数共用対象であるチャネルＣＨ＿０とスペクトルセンシングの対象であるチャネルＣＨ＿ｋ、および他のチャネルＣＨ＿ｘにおけるセカンダリ無線機（セカンダリ基地局およびセカンダリ端末を含む総称）での送信または受信期間とスペクトルセンシングを行う送信停止時間（Quiet Period）とが示されている。また、図８には、ＣＨ＿０とＣＨ＿ｋとは送信停止時間が同期しているが、ＣＨ＿ｘは送信停止時間がＣＨ＿０およびＣＨ＿ｋとは同期していない例が示されている。送信停止時間では、セカンダリ基地局およびセカンダリ端末が送信を停止することで、セカンダリ基地局およびセカンダリ端末は余計な干渉なしにプライマリ信号を受信できるようになり、これにより正確なスペクトルセンシングを行うことが可能となる。
【００８１】
既に説明したように、周波数帯域選択部２０４２では、周波数共用対象チャネルＣＨ＿０での周波数共用可否を判定するために、スペクトルセンシングを行う所定のタイミングにおいて、ＣＨ＿０ではなくＣＨ＿ｋの受信信号を用いて伝搬損失推定や周波数共用可否の判定を行う。このとき、ＣＨ＿０での送信停止時間とＣＨ＿ｋでの送信停止時間とが図８に示すように時間同期していれば、ある定められたタイミングにおいてスペクトルセンシングを行うことができる。しかし、ＣＨ＿ｘのように、ＣＨ＿０での送信停止時間と時間同期していないチャネルでは、ＣＨ＿０での送信停止時間と同一のタイミングにてスペクトルセンシングを行うことができない。そのため、セカンダリシステムまたはプライマリシステムにおいて、スペクトルセンシングでの判定遅延を許容できる場合には、ＣＨ＿ｘでの送信停止時間においてスペクトルセンシングを行い、判定遅延が許容できない場合には、周波数帯域選択部２０４２は送信停止時間の同期しているチャネルのみを選択候補とし、送信停止時間が同期されていないＣＨ＿ｘを選択候補から除外してもよい。
【００８２】
次に、セカンダリ端末２１０について説明する。図９は、セカンダリ端末２１０の構成例を示す説明図である。図９に示すセカンダリ端末２１０は、アンテナ２１０１と、送受信分離部２１０２と、送信変調器２１１０と、低雑音増幅器２１３１と、ＲＦアナログ部２１３０と、センサー部２１５０と、受信復調器２１２０と、周波数帯域選択部２１４２と、送信制御部２１７０とを備える。また、ＲＦアナログ部２１３０は、帯域通過フィルタ２１３２と、ミキサー２１３３と、局部発振器２１３４と、低域通過フィルタ２１３５と、アナログデジタル変換部２１３６とを含む。なお、図３に示すセカンダリ基地局２００と比べて、周波数利用情報取得部２０４１と許容送信電力設定部２０６０を含まない点が異なる。以下、セカンダリ基地局２００での構成要素と同じ動作を示すセカンダリ端末２１０での構成要素については説明を省略する。
【００８３】
受信復調器２１２０は、セカンダリ基地局２００で送信されたデータ信号・制御信号の復調と復号とを行う。ここで制御信号には、セカンダリ端末２１０で用いる送信電力、スケジューリング情報、センシングスケジューリング情報、周波数利用情報、およびその他通信に必要な情報がある。受信復調器２１２０は、送信電力と、スケジューリング情報と、周波数利用情報とを送信制御部２１７０へ送出する。また、受信復調器２１２０は、センシングスケジューリング情報と、周波数利用情報とを周波数帯域選択部２１４２に送出する。
【００８４】
周波数帯域選択部２１４２は、受信復調器２１２０から送られたセンシングスケジューリング情報から、セカンダリ端末２１０が周波数共用可否の判定を行うチャネルとセンシングを行う時間スロットを決定する。ここでは、当該チャネルをＣＨ＿１とする。次に、周波数帯域選択部２１４２は、受信復調器２１２０から送られた周波数利用情報（各帯域の中心周波数、周波数帯域幅、プライマリ送信機の緯度／経度情報、送信アンテナ高情報、送信電力、送信アンテナ利得）に基づき、周波数帯域選択部２０４２と同様にして、ＣＨ＿１を使用するプライマリ送信機または当該プライマリ送信機と近接する位置にあるプライマリ送信機で使用される別なチャネルの中で、等価等方輻射電力の最大であるチャネル（ＣＨ＿ｍとする）をスペクトルセンシング対象帯域として選択する。ここで選択されたＣＨ＿ｍに関する中心周波数や周波数帯域幅は、帯域通過フィルタ２１３２と、局部発振器２１３４と、低域通過フィルタ２１３５とに送られ、ＣＨ＿ｍの信号をベースバンド信号に変換できるようパラメータが設定される。また、ＣＨ＿１およびＣＨ＿ｍに関する周波数利用情報は、センサー部２１５０に送出される。
【００８５】
センサー部２１５０は、ＣＨ＿ｍのベースバンド信号をセンシングスケジューリング情報で指定された時間スロットにおいて受信し、センサー部２０５０と同様にして、ＣＨ＿ｍの受信電力推定および伝搬損失推定を行う。また、センサー部２１５０は、この伝搬損失推定値と、ＣＨ＿１とＣＨ＿ｍの等価等方輻射電力の比を用いてＣＨ＿０の受信電力を推定する。さらに、ＣＨ＿１とＣＨ＿ｍの受信電力推定値を所定の閾値と比較することで、それぞれ周波数共用可否を判定する。伝搬損失推定値と周波数共用可否の判定結果は、送信制御部２１７０に送られる。
【００８６】
送信制御部２１７０は、受信復調器２１２０から送られた送信電力と、スケジューリング情報とを使用して、送信電力制御を行い、送信に用いる無線リソースの決定を行う。また、センサー部２１５０から送られた伝搬損失推定値と周波数共用可否の判定結果を制御情報として生成する。また、セカンダリシステム間での通信に必要な他の情報がある場合には、制御情報として生成する。送信制御部２１７０で生成された制御情報は、送信変調器２１１０に送られ、符号化、変調が行われて送信される。
【００８７】
次に、本実施形態の動作について説明する。図１０および図１１は、本実施形態のセカンダリ基地局２００の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図１０はセカンダリ基地局２００の送信時の動作の一例を示すフローチャートであり、図１１はセカンダリ基地局２００の受信時の動作の一例を示すフローチャートである。
【００８８】
まず、図１０を用いて送信動作について説明する。セカンダリ基地局２００では、所定のタイミングにおいて送信が開始される。図１０に示すように、データ信号または制御信号の送信に先立ち、まず、送信制御部２０７０に、許容送信電力設定部２０６０で設定された周波数共用対象帯域での許容送信電力が設定される（Ｓ１０１）。送信制御部２０７０は、許容送信電力以下となる送信電力において送信電力制御を行う（Ｓ１０２）。送信制御部２０７０は、スケジューリング情報やセンシングスケジューリング情報等の制御情報を生成し、送信変調器２０１０において規定の符号化、変調を行い、周波数変換することでベースバンド信号からＲＦ信号を生成する（Ｓ１０３）。生成されたＲＦ信号は、送受分離部２００２を経由してアンテナ２００１から送信される（Ｓ１０４）。
【００８９】
次に、図１１を用いて受信動作について説明する。セカンダリ基地局２００では、所定のタイミングにおいて受信が開始される。図１１に示すように、アンテナ２００１で受信された信号は、送受分離部２００２を経由して低雑音増幅器２０３１で増幅される（Ｓ２０１）。周波数帯域選択部２０４１は、増幅された信号の中でスペクトルセンシングの対象とする周波数帯域を決定する（Ｓ２０２）。増幅された信号はＲＦアナログ部２０３０へ入力され、周波数帯域選択部２０４２で決定した周波数帯域以外の信号成分は帯域通過フィルタ２０３２でフィルタリングされ、ミキサー２０３３、局部発振器２０３４、低域通過フィルタ２０３５によってベースバンド信号に変換され、アナログデジタル変換器２０３６でサンプリングされてデジタル信号が生成される（Ｓ２０３）。
【００９０】
生成された信号は他のセカンダリ無線機（例えば、セカンダリ端末２１０）から送信された信号であって、復調対象の信号である場合には、受信復調器２０２０において、復調や復号が行われ、データ信号や制御信号のビット系列に変換される（Ｓ２０４，Ｓ２０５）。ここで、復調・復号されたビット系列が制御信号であって、他のセカンダリ無線機で行ったスペクトルセンシングでの周波数共用可否の判定結果や伝搬損失推定値（または受信電力推定値）である場合には、これらを許容送信電力設定部２０６０に入力し、ステップＳ２０７の許容送信電力の設定に用いる。
【００９１】
ステップＳ２０３で生成されたベースバンド信号がスペクトルセンシング対象の信号である場合にはセンサー部２０５０に入力され、周波数帯域選択部２０４２で設定されたチャネルの周波数利用情報を用いて、スペクトルセンシング対象チャネルの伝搬損失の推定、周波数共用可否判定を行うチャネルの受信電力の推定、周波数共用可否の判定が行われる（Ｓ２０４，Ｓ２０６）。セカンダリ基地局２００および他のセカンダリ端末での周波数共用可否判定結果、伝搬損失推定値を用いて許容送信電力を設定する（Ｓ２０７）。
【００９２】
上記の送信動作および受信動作では、送信および受信を所定のタイミングで行うとしたが、送受信のタイミングは、例えば図８に示すように予め決まったタイミングや、セカンダリ基地局２００で決定したタイミングで行ってもよい。
【００９３】
また、図１２および図１３は、本実施形態のセカンダリ端末２１０の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図１２はセカンダリ端末２１０の送信時の動作の一例を示すフローチャートであり、図１３はセカンダリ端末２１０の受信時の動作の一例を示すフローチャートである。
【００９４】
まず、図１２を用いて送信動作について説明する。セカンダリ端末２１０では、所定のタイミングにおいて送信が開始される。図１２に示すように、データ信号または制御信号の送信に先立ち、セカンダリ基地局２００で指定された送信電力を設定する（Ｓ３０１）。次に、セカンダリ基地局２００で指定されたスケジューリング情報に基づき、セカンダリ端末２１０で使用する無線リソースを設定する（Ｓ３０２）。送信制御部２１７０は、伝搬損失推定値、周波数共用可否判定結果、およびセカンダリシステムでの通信に必要なその他情報を制御情報として生成し、送信変調器２１１０において規定の符号化、変調を行い、周波数変換することでベースバンド信号からＲＦ信号を生成する（Ｓ３０３）。生成されたＲＦ信号は、送受分離部２１０２を経由してアンテナ２１０１から送信される。
【００９５】
次に、図１３を用いて受信動作について説明する。セカンダリ端末２１０では、所定のタイミングにおいて受信が開始される。図１３に示すように、アンテナ２１０１で受信された信号は、送受分離部２１０２を経由して低雑音増幅器２１３１で増幅される（Ｓ４０１）。周波数帯域選択部２１４２は、周波数利用情報に基づき、増幅された信号の中でスペクトルセンシングを行うチャネルを決定する（Ｓ４０２）。増幅された信号はＲＦアナログ部２１３０へ入力され、周波数選択部２１４２で決定したチャネル以外の信号成分は帯域通過フィルタ２１３２でフィルタリングされ、ミキサー２１３３、局部発振器２１３４、低域通過フィルタ２１３５によってベースバンド信号に変換され、アナログデジタル変換器２１３６でサンプリングされてデジタル信号が生成される（Ｓ４０３）。
【００９６】
生成されたデジタル信号がセカンダリ基地局２００から送信された信号であって、復調対象の信号である場合には、受信復調器２１２０において、復調や復号が行われ、データ信号や制御信号のビット系列に変換される（Ｓ４０４，Ｓ４０５）。ここで、復調・復号されたビット系列が送信制御に関わる制御信号（例えば、送信電力を示す情報やスケジューリング情報や周波数利用情報）である場合には、受信復調器２１２０は、それらの情報を送信制御部２１７０に入力し、図１２に示すステップＳ３０２の無線リソースの設定に用いる。また、復調・復号されたビット系列が帯域設定に関わる制御信号（例えば、センシングスケジューリング情報や周波数利用情報）である場合には、周波数帯域選択部２１４２に入力し、ステップＳ４０２の帯域設定に用いる。なお、どの制御信号をどの処理部に入力するかは予め定めておけばよい。
【００９７】
ステップＳ４０３で生成されたデジタル信号がスペクトルセンシング対象の信号である場合にはセンサー部２１５０に入力され、周波数帯域選択部２１４２で設定されたチャネルの周波数利用情報を用いて、スペクトルセンシング対象チャネルの伝搬損失の推定、周波数共用可否を判定するチャネルの受信電力の推定、周波数共用可否の判定が行われる（Ｓ４０４，Ｓ４０６）。
【００９８】
以上のように、本実施形態では、周波数共用可否の判定対象としたチャネルよりも送信電力が高いチャネルが同等の電波伝搬損失を持ちうる環境で（すなわち、同一の送信機または近傍の送信機から）送波されている場合には、そのうちの最大のチャネルを選択してスペクトルセンシングを行うことで伝搬損失推定を行う。このため、周波数共用可否を行うＣＨ＿０（すなわち、第一の周波数帯域）に対してスペクトルセンシングを行い伝搬損失推定また周波数共用可否判定を行う場合と比べ、スペクトルセンシングを行う際のコグニティブ無線基地局またはコグニティブ無線端末での信号電力対雑音電力比（Signal to Noise Ratio：ＳＮＲ）を向上できる。
【００９９】
また、このような高精度な伝搬損失推定値を用いれば、受信電力の推定精度も高くすることができ、周波数共用可否の判定精度を向上させることができる。また、送信許容電力を高精度に設定することもできる。また、周波数共用可否の判定精度が向上するので、伝搬損失推定および周波数共用可否の判定を行う際に、システム要求条件等で規定された所定精度を満たすために必要となるスペクトルセンシングの時間を短縮できる。
【０１００】
また、このような高精度なスペクトルセンシングを行うことで得られた伝搬損失推定値を用いることで、コグニティブ無線基地局またはコグニティブ無線端末での許容送信電力をさらに高精度に設定でき、周波数共用対象である無線通信システムの受信機に与えられる余剰な干渉を抑えることができる。また、周波数共用対象である無線通信システムの受信機に与えられる干渉が所定の値になるまで、コグニティブ無線基地局またはコグニティブ無線端末での送信電力を増加できる。即ち、適切な許容送信電力を設定できる。
【０１０１】
なお、前述したセカンダリ基地局２００およびセカンダリ端末２１０の各センサー部２０５０および２１５０は、周波数共用可否を判定するチャネルに対してスペクトルセンシングを行う代わりに、周波数帯域選択部２０４２および２１４２で選択した周波数帯域に対しスペクトルセンシングを行い、その結果を用いて周波数共用可否の判定対象とされるチャネルの伝搬損失推定、受信電力推定、周波数共用可否判定を行ったが、この際に電波伝搬によるチャネル間の伝搬損失差を補正することが可能である。
【０１０２】
例えば、セカンダリ基地局２００の場合には、周波数共用可否判定の対象チャネルをＣＨ＿０、周波数帯域選択部２０４２で選択された帯域をＣＨ＿ｋとし、各チャネルにおける適用伝搬モデルから算出された伝搬損失をそれぞれＬＭ、０、ＬＭ、ｋとする。さらに、実際にＣＨ＿ｋの受信信号を用いて推定したＣＨ＿ｋの伝搬損失をＬｋ（式２）とすると、チャネル間の伝搬損失差を補正したＣＨ＿０での伝搬損失推定値ＬＣは、以下の式（５）によって求めることができる。
【０１０３】
【数５】
0005531622.tif 000006
【０１０４】
ここでβは、０≦β≦１を満たす予め定められた補正係数であるとする。
【０１０５】
セカンダリ端末２１０においても同様の伝搬損失補正が可能である。この場合には、セカンダリ端末２１０が適用伝搬モデルから伝搬損失差を算出するために必要なパラメータを取得する必要がある。例えば、セカンダリ基地局２００から伝搬損失差の推定に必要なパラメータを通知する場合には、セカンダリ基地局２００の送信制御部２０７０において、周波数利用情報に相当した制御情報を生成する際に、各帯域の中心周波数、周波数帯域幅、プライマリ送信機の緯度／経度情報、送信アンテナ高情報、送信電力、送信アンテナ利得に加えて、適用伝搬モデルを示す情報やプライマリ受信機の標準受信アンテナ高を含めた制御情報を生成し、セカンダリ端末２１０へ送信する。または、周波数利用情報を報知するシステムがある場合には、セカンダリ端末２１０は、この報知システムによって報知された周波数利用情報を受信して取得してもよい。
【０１０６】
また、式（５）での伝搬損失差の補正を部分的な周波数利用情報で行うこともできる。
【０１０７】
例えば、適用伝搬モデルが奥村・秦モデルであるとする。奥村・秦モデルを用いた場合の伝搬損失ＬＭは、以下の式（６）で表される。
【０１０８】
【数６】
0005531622.tif 000007
【０１０９】
ここで、ｆは中心周波数、ｄは送受信機間距離、ｈｂは送信アンテナ高、ａ（ｈｍ）は受信アンテナ高ｈｍに応じた補正係数であり、ｌｏｇは底を１０とする対数である。この式（６）を用いれば、周波数帯域ＣＨ＿０とＣＨ＿ｋの中心周波数差に起因する伝搬損失成分は第二項であり、送信アンテナ高差に起因する伝搬損失成分は第三項および第五項、送受信距離差に起因する伝搬損失成分は第五項であることが分かる。従って、式（６）での伝搬補正は、ＣＨ＿０とＣＨ＿ｋでの送受信パラメータで互いに異なる値が用いられている成分にのみ補正を行えばよい。
【０１１０】
このように、第一の電波到達状況の推定対象である第一の周波数帯域とスペクトルセンシングを実際に行う周波数帯域との伝搬損失誤差を伝搬モデルから推定し、補正することで、伝搬損失の推定精度および周波数共用可否の判定精度をさらに向上できる。
【０１１１】
実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１４は、第２の実施形態におけるプライマリシステムおよびセカンダリシステム（コグニティブ無線システム）の関係を示す説明図である。本実施形態におけるコグニティブ無線システムは、図１４に示すように、セカンダリ基地局２００に代わりセカンダリ基地局３００を備え、セカンダリ端末２１０に代わりセカンダリ端末３１０を備えている。本実施形態の基地局３００およびセカンダリ端末３１０は、複数チャネルの信号を同時に受信し、センサー部で複数信号を用いた周波数共用可否の判定、伝搬損失の推定を行う。
【０１１２】
図１５は、セカンダリ基地局３００の構成例を示すブロック図である。図１５に示すセカンダリ基地局３００は、図３に示す第１の実施形態におけるセカンダリ基地局２００と比べて、Ｍ個のＲＦアナログ部３０３０（ＲＦアナログ部３０３０−１〜３０３０−Ｍ）を持つこと、周波数帯域選択部３０４２においてＭ個の周波数帯域を選択すること、センサー部３０５０においてＭチャネルの信号を受信する点が異なる。以下では、第１の実施形態と同様のものについては説明を省略する。
【０１１３】
ＲＦアナログ部３０３０−１〜３０３０−Ｍには、周波数帯域選択部３０４２からそれぞれ異なる中心周波数と周波数帯域幅が送られる。各ＲＦアナログ部３０３０は、低雑音増幅器３０３１から送られたＲＦ信号を入力とし、周波数帯域選択部３０４２で指定された中心周波数と帯域幅の信号をベースバンド信号に変換し、サンプリングを行うことでデジタル信号を生成する。各ＲＦアナログ部３０３０で生成されたデジタル信号は、他のセカンダリ無線機から送信された信号である場合には受信復調器３０２０で復調・復号処理が行われ、スペクトルセンシング対象の信号である場合にはセンサー部３０５０に送られる。
【０１１４】
周波数帯域選択部３０４２は、周波数利用情報取得部３０４１で取得した周波数利用情報に基づき、セカンダリ基地局３００およびセカンダリ端末３２０において周波数共用可能か否かを判定するチャネルを決定する。このうち、他のセカンダリ無線機（ここでは、セカンダリ端末３２０）で共用可否を判定するチャネルは、センシングスケジューリング情報として送信制御部３０７０に送られる。
【０１１５】
次に、周波数帯域選択部３０４２での帯域決定方法について説明する。ここで、セカンダリ基地局３００において第１に電波到達状況の推定対象とするチャネルをＣＨ＿０とする。周波数帯域選択部３０４２は、ＣＨ＿０、および、ＣＨ＿０を使用するプライマリ送信機で使用される別なチャネル、および、ＣＨ＿０を使用するプライマリ送信機と近接した位置にあるプライマリ送信機で使用されるチャネルを選択対象とする。近接したプライマリ送信機の選び方は第１の実施形態と同様である。
【０１１６】
また、周波数帯域選択部３０４２は、ＣＨ＿０に関する周波数利用情報を許容送信電力設定部３０６０に送る。
【０１１７】
以下、図面を用いて周波数選択部３０４２でのチャネルの選択方法を説明する。図１６は、周波数選択部３０４２でのチャネル選択の例を示す説明図である。なお、図１６（ａ）は、等価等方輻射電力との関係においてチャネル選択の例を示す説明図であり、図１６（ｂ）は、地理的関係においてチャネル選択の例を示す説明図である。本例では、周波数利用情報からＣＨ＿０とＣＨ＿１とＣＨ＿２の信号が、プライマリ送信機１００から送信されていることがわかったとする。このとき、ＣＨ＿０の等価等方輻射電力Ｐ１＜ＣＨ＿１の等価等方輻射電力Ｐ２＜ＣＨ＿２の等価等方輻射電力Ｐ３である場合に、例えば、図１６に示すように、等価等方輻射電力のより小さいＣＨ＿０を第一の電波到達状況の推定対象（すなわち、第一の周波数帯域）として、このＣＨ＿０の周波数共用可否を判定するために、第一、第二または第三の周波数帯域のうち等価等方輻射電力の大きい方から順にＣＨ＿２とＣＨ＿１を選択してもよい。なお、選択するチャネル数は、合計でＲＦアナログ部３０３０の数であるＭ以内であればよい。
【０１１８】
次に、センサー部３０５０の構成について図１７を用いて説明する。図１７に示すように、本実施形態のセンサー部３０５０は、Ｍ個の電力検出部３０５１（電力検出部３０５１−１〜３０５１−Ｍ）と、伝搬損失推定部３０５２と、所望チャネル受信電力推知部３０５３と、判定部３０５４とを含む。各ＲＦアナログ部３０３０から送られたＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍのベースバンド信号はそれぞれ、電力検出部３０５１−１〜３０５１−Ｍへ入力される。各電力検出部３０５１では、第１の実施形態と同様に、式（１）による処理を行う。すなわち、ベースバンド信号の各サンプルの二乗値に対し加算平均をとり、雑音電力を減算することで、ＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍにおけるプライマリ信号の受信電力推定値を得る。得られたＭ個のプライマリ信号の受信電力推定値は、伝搬損失推定部３０５２に送られる。
【０１１９】
伝搬損失推定部３０５２は、各受信電力推定部３０５１から送られたＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍにおけるプライマリ信号の受信電力推定値と周波数帯域選択部３０４２から送られたＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍにおける等価等方輻射電力とを用いて、ＣＨ＿０における伝搬損失を推定する。伝搬損失の推定には、まず、各プライマリ信号の受信電力推定値Ｄｍ（ｍ＝１、２、・・、Ｍ）を等価等方輻射電力Ｐｍ（ｍ＝１、２、・・、Ｍ）で除算することで、それぞれの周波数帯域における伝搬利得（伝搬損失の逆数）を推定し、それら伝搬利得の重み付け合成後にさらに低雑音増幅器３０３１の利得Ｇａｍｐで除算した値をＣＨ＿０での伝搬利得の推定値Ｇ０とする。即ち、以下の式（７）による演算処理を行う。
【０１２０】
【数７】
0005531622.tif 000008
【０１２１】
ここで、ｗｍ（ｍ＝１、２、・・、Ｍ）はＣＨ＿０での伝搬利得を求める際の重みとし、総和を１とする。各周波数帯域における伝搬利得を等利得として合成する場合には、ｗｍ＝１／Ｍとなる。また、式（７）での伝搬利得推定値と真値の伝搬利得との平均二乗誤差を近似的に最小とするよう算出した重みは以下の式（８）で与えられる。
【０１２２】
【数８】
0005531622.tif 000009
【０１２３】
これら重みｗｍを用いた重み付け合成により生成したＣＨ＿０での伝搬利得Ｇ０の逆数を伝搬損失Ｌ０（＝１／Ｇ０）とする。
【０１２４】
以上のＣＨ＿０の伝搬損失推定では、ＣＨ＿０とＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍとの電波伝搬特性を同一視して、伝搬損失Ｌ０を決定したが、第１の実施の形態における式（５）を用いてチャネル間の伝搬損失差を補正することも可能である。
【０１２５】
また、各電力検出部３０５１は雑音電力の推定値を利用できるとして、受信電力から雑音電力を減算することでプライマリ信号の受信電力を算出し、プライマリ信号の受信電力を伝搬損失推定部３０５２で利用したが、ＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍの中に等価等方輻射電力の異なるチャネルがある場合には、雑音電力を予め必要としない次の方法を用いても伝搬損失を推定可能である。
【０１２６】
まず、各電力検出部３０５１には、各ＲＦアナログ部３０３１から送られたＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍのベースバンド信号がそれぞれ入力される。各電力検出部３０５１は、第１の実施形態での動作（式（９）に記載された動作）と異なり、プライマリ信号の受信電力ではなく、チャネル全体の受信電力を算出する。つまり、ベースバンド信号の各サンプルの二乗値に対し加算平均をとる。例えば、以下の式（９）による演算処理を行う。
【０１２７】
【数９】
0005531622.tif 000010
【０１２８】
得られたＭ個の受信電力推定値は、伝搬損失推定部３０５２に送られる。伝搬損失推定部３０５２は、各電力検出部３０５１から送られたＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍの各チャネルでの受信電力と周波数帯域選択部３０４２から送られたＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍにおける等価等方輻射電力とを用いて、ＣＨ＿０における伝搬損失を推定する。伝搬損失の推定には、各チャネルの受信電力推定値Ｄ’ｍ（ｍ＝１、２、・・、Ｍ）を等価等方輻射電力で正規化し、重み付け合成した値をＣＨ＿０での伝搬利得の推定値Ｇ’０とする。例えば、以下の式（１０）による演算処理を行う。
【０１２９】
【数１０】
0005531622.tif 000011
【０１３０】
ただし、式（１０）での重みｗｍ（ｍ＝１、２、・・、Ｍ）は式（８）と異なり、合成後の伝搬利得の推定値Ｇ’０における雑音電力成分が相殺され、また、伝搬利得推定値と真値の伝搬利得との平均二乗誤差を近似的に最小とするよう算出した総和１の重みである。即ち、以下の式（１１）の重みを用いる。
【０１３１】
【数１１】
0005531622.tif 000012
【０１３２】
ここで、等価等方輻射電力の異なるチャネルがある場合には、つまり、あるチャネルＣＨ＿ｍと別なチャネルＣＨ＿ｍ’（ｍとｍ’は異なる正の整数）で等価等方輻射電力の異なるチャネルがある場合には、式（１１）の分母が０とならないため、式（１２）の重みが存在する。また、式（１０）および式（１１）によって雑音電力推定値を予め必要としない伝搬損失推定を行うために、前段の周波数帯域選択部３０４２にて、他のチャネルと等価等方輻射電力の異なるチャネルを含むように、スペクトルセンシングを行うチャネルを選択してもよい。
【０１３３】
式（１１）の重みｗｍを用いた重み付け合成により生成したＣＨ＿０での伝搬利得Ｇ’０の逆数を伝搬損失Ｌ０（＝１／Ｇ’０）とする。
【０１３４】
伝搬損失推定部３０５２には、式（７）や式（１０）を用いてＣＨ＿０での伝搬損失を算出し、所望チャネル受信電力推定部３０５３と許容送信電力設定部３０５４とに送る。
【０１３５】
所望チャネル受信電力推定部３０５３には、伝搬損失推定部３０５２から送られた伝搬損失と周波数帯域選択部３０４２から送られたＣＨ＿０の等価等方輻射電力Ｐ０とを用いて以下の式（１２）でＣＨ＿０の受信電力Ｐｒｘ，０を推定する。
【０１３６】
【数１２】
0005531622.tif 000013
【０１３７】
ここで得られたＣＨ＿０の受信電力推定値Ｐｒｘ，０は判定部３０５６に送られる。判定部３０５６は、第１の実施の形態における判定部２０５４と同様に動作し、周波数共用可否の判定結果である二値情報を許容送信電力設定部３０６０に送る。
【０１３８】
上記の説明では、セカンダリ基地局３００について構成を説明したが、セカンダリ基地局３００の制御下にあるセカンダリ端末３２０においても同様に、複数チャネルの信号を同時に受信し、センサー部で複数信号を用いた周波数共用可否の判定、伝搬損失の推定を行うことが可能である。そのような場合には、セカンダリ端末３２０においても、Ｍ個のＲＦアナログ部３１３０（ＲＦアナログ部３１３０−１〜３１３０−Ｍ）が設けられ、周波数帯域選択部３１４２がＭ個の周波数帯域を選択して、センサー部３１５０がＭチャネルの信号を受信するようにすればよい。
【０１３９】
以上のように、本実施形態によれば、等価等方輻射電力の大きい複数の周波数帯域を用いて、各周波数帯域での伝搬利得を算出し、この伝搬利得を重み付け合成した値を周波数共用可否判定を行うＣＨ＿０の伝搬利得とし、伝搬利得の逆数をとることで伝搬損失の推定を行っている。従って、第一の周波数帯域のみを使用して伝搬損失を推定する場合と比べて、伝搬損失の推定に用いることのできる受信信号のサンプル数を増加することができる。その結果、伝搬損失推定の過程において受信信号に含まれる雑音の平均化効果を向上できる。また、各周波数帯域を使用するプライマリ送信機における送信アンテナが互いに離れている場合には、各プライマリ信号は互いに独立したフェージングを受けてコグニティブ無線基地局またはコグニティブ無線端末で受信されるため、周波数ダイバーシチ効果が得られる。従って、伝搬損失の推定精度が向上し、より正確な伝搬損失推定値を用いることで、周波数共用可否の判定精度が向上する。また、伝搬損失推定および周波数共用可否の判定を行う際に、システム要求条件等で規定された所定精度を満たすために必要となるスペクトルセンシングの時間を短縮することができる。
【０１４０】
また、周波数帯域選択部において等価等方輻射電力の異なる周波数帯域を予め選択することで、雑音電力の推定値を必要とせずに伝搬損失を推定できる。これにより、雑音電力の推定値に含まれる推定誤差の影響を受けずに伝搬損失を推定できるため、誤差を含む雑音電力推定値を用いて伝搬損失推定を行う場合と比べて、高精度な伝搬損失推定が可能になる。
【０１４１】
実施形態３．
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１８は、本実施の形態におけるプライマリシステムおよびセカンダリシステム（コグニティブ無線システム）の関係を示す説明図である。図１８に示すように、本実施形態では、周波数共用可否の判定を行うチャネルを共用使用している異なるプライマリ送信機（本例では、プライマリ送信機１００と１０１）がいる環境を想定している。図１８では、同一周波数帯域（ＣＨ＿０とする）を使用しているプライマリ送信機１００とプライマリ送信機１０１、および、当該周波数帯域の周波数共用可否を判定するセカンダリ基地局４００を示している。さらに、プライマリ送信機１００とプライマリ送信機１０１はそれぞれ基準電力エリア５０と基準電力エリア６０とを有し、セカンダリ基地局４００はセカンダリシステムサービスエリア３０を有している。
【０１４２】
本実施形態のセカンダリ基地局４００またはセカンダリ端末４１０では、周波数共用可否の判定を行うチャネルを共用使用している異なるプライマリ送信機（本例では、プライマリ送信機１００と１０１）に対し、夫々のプライマリ送信機で共用されていない別なチャネルを選択してスペクトルセンシングに用いる。
【０１４３】
例えば、図１８に示すように、セカンダリ基地局４００ではセカンダリシステムサービスエリア３０が、プライマリシステムの基準電力エリア外となる場合には、プライマリシステムと周波数帯域ＣＨ＿０を共用して利用してもよい。しかし、セカンダリ基地局４００でＣＨ＿０における信号を受信して伝搬損失推定または周波数共用可否の判定を行う場合、セカンダリ基地局４００では、ＣＨ＿０を共用して使用するプライマリ送信機１００および１０１の合成信号が受信されるため、伝搬損失推定値が本来の値より小さくなってしまう。すなわち、伝搬利得推定値が大きくなってしまう。または、本来は共用可能であるＣＨ＿０の周波数共用可否の判定結果が周波数共用不可となってしまう。すなわち、誤警報確率が増加してしまう。
【０１４４】
この課題を解決するため、プライマリ送信機１００で使用される別なチャネルＣＨ＿１およびプライマリ送信機１０１で使用される別なチャネルＣＨ＿２を使用して、伝搬損失推定および周波数共用可否の判定を行う。
【０１４５】
図１９は、セカンダリ基地局４００の構成例を示すブロック図である。図１９に示すセカンダリ基地局４００は、図１５に示す第２の実施形態におけるセカンダリ基地局３００と比べて、周波数帯選択部３０４２に代わり複数送信機用周波数帯域選択部４０４２を備える点が異なる。また、センサー部４０５０における伝搬損失推定値の特定方法および周波数共用可否の判定方法が異なる。以下では、第２の実施形態と同様のものについては説明を省略する。
【０１４６】
複数送信機用周波数帯域選択部４０４２は、周波数利用情報取得部４０４１で取得した周波数利用情報に基づき、セカンダリ基地局４００およびセカンダリ端末で電波到達状況の推定対象とするチャネルを決定する。このうち、セカンダリ端末で共用可否を判定するチャネルは、センシングスケジューリング情報として送信制御部２０７０に送られる。
【０１４７】
次に、複数送信機用周波数帯域選択部４０４２での帯域決定方法について説明する。まず、周波数利用情報から第１に電波到達状況の推定対象とするチャネルＣＨ＿０を使用しているプライマリ送信機を求める。次に、求められたプライマリ送信機または当該プライマリ送信機と近接した位置にある別なプライマリ送信機で使用されている別なチャネルの中で、所定距離以内にあるプライマリ送信機には共用されていないチャネルを求め選択する。ここで、所定距離は、受信される信号が伝搬推定の精度に影響を及ぼす範囲として予め定められる。
【０１４８】
例えば、図１８に示すようにＣＨ＿０が共用して利用されている場合には、まずＣＨ＿０を使用しているプライマリ送信機１００および１０１を求める。次に、プライマリ送信機１００およびプライマリ送信機１００に近接したプライマリ送信機（図１８では不図示）で使用されている別なチャネルの中で、プライマリ送信機１０１で使用されていないチャネル（例えばＣＨ＿１）を求める。同様にして、プライマリ送信機１０１およびプライマリ送信機１０１に近接したプライマリ送信機（図１８では不図示）で使用されている別なチャネルの中で、プライマリ送信機１００で使用されていないチャネル（例えばＣＨ＿２）を求める。
【０１４９】
この際に、候補となるチャネルが複数ある場合には、第１の実施形態と同様に等価等方輻射電力の最大である周波数帯域を選択してもよいし、第２の実施形態と同様に等価等方輻射電力の大きい複数のチャネルを選択してもよい。
【０１５０】
次に、選択されたチャネルＣＨ＿１およびＣＨ＿２の中心周波数と帯域幅は、ＲＦアナログ部４０３１〜４０３３に送られる。また、ＣＨ＿１およびＣＨ＿２で使用される等価等方輻射電力および周波数共用可否の判定対象であるチャネルＣＨ＿０の等価等方輻射電力はセンサー部４０５０に送られ、ＣＨ＿０の伝搬損失の推定およびＣＨ＿０の受信電力の推定に用いられる。また、ＣＨ＿０に関する周波数利用情報は許容送信電力設定部４０６０に送られる。
【０１５１】
センサー部４０５０は、複数送信機用周波数帯域選択部４０４２で決定されたチャネルＣＨ＿１およびＣＨ＿２のそれぞれに対し、第１の実施形態と同様にして、プライマリ信号の受信電力を算出し、受信電力から伝搬損失の推定を行う。次に、センサー部４０５０は、チャネルＣＨ＿１で得られた伝搬損失推定値およびＣＨ＿０での等価等方輻射電力を用いてＣＨ＿０におけるプライマリ信号の受信電力を推定し、同様にして、チャネルＣＨ＿２で得られた伝搬損失推定値およびＣＨ＿０での等価等方輻射電力を用いてＣＨ＿０におけるプライマリ信号の受信電力を推定する。チャネルＣＨ＿１およびＣＨ＿２の受信信号を用いて推定したＣＨ＿０の受信電力は所定の閾値と比較され、ＣＨ＿０での周波数共用可否の判定がそれぞれ行われる。次に、ＣＨ＿１およびＣＨ＿２の両チャネルに対応した周波数共用可否の判定結果がともに共用可能である場合には、共用可能とし、それ以外の場合には共用不可とする最終判定を行う。伝搬損失推定値と周波数共用可否の最終判定結果は、送信制御部４０６０に送られる。
【０１５２】
以下、さらに図面を用いて本チャネルの選択方法を説明する。図２０は、周波数選択部４０４２でのチャネル選択の例を示す説明図である。なお、図２０には、等価等方輻射電力との関係においてチャネル選択が行われる例が示されている。本例では、周波数利用情報からＣＨ＿０とＣＨ＿１の信号がプライマリ送信機１００から送信されていることがわかったとする。また、ＣＨ＿０とＣＨ＿２の信号がプライマリ送信機１０１から送信されていることがわかったとする。このとき、プライマリ送信機１００におけるＣＨ＿０の等価等方輻射電力Ｐ１とＣＨ＿１の等価等方輻射電力Ｐ２の関係は、Ｐ１＜Ｐ２である。また、プライマリ送信機１０１におけるＣＨ＿０の等価等方輻射電力Ｐ１とＣＨ＿２の等価等方輻射電力Ｐ３の関係は、Ｐ１＜Ｐ３である。このような場合、各プライマリ送信機でより等価等方輻射電力の小さいｃｈ０を共用周波数帯域とすることができる場合であっても、セカンダリ基地局４００でｃｈ０における信号を受信して伝搬損失推定または周波数共用可否の判定を行う場合、ｃｈ０を共用して使用するプライマリ送信機１００および１０１の合成信号が受信されてしまい、伝搬損失推定値が本来の値より小さくなってしまう。すなわち、伝搬利得推定値が大きくなってしまう。このため、本実施形態では、共用されていないチャネルＣＨ＿１または／およびＣＨ＿２をセンシング対象のチャネルとして選択する。
【０１５３】
次に、前述の周波数帯域選択方法および周波数共用可否判定方法の別な動作例を示す。即ち、前述の複数送信機用周波数帯域選択部４０４２とセンサー部４０５０は、次のように動作してもよい。
【０１５４】
複数送信機用周波数帯域選択部４０４２は、周波数利用情報取得部４０４１で取得した周波数利用情報に基づき、電波到達状況の推定対象とするチャネルを決定する。このうち、他のセカンダリ無線機で共用可否を判定するチャネルに関する情報については、センシングスケジューリング情報として送信制御部２０７０に送られる。
【０１５５】
本例では、ここで共用利用されているチャネルＣＨ＿０も選択候補に含める。図２１は、周波数選択部４０４２でのチャネル選択の他の例を示す説明図である。例えば、図２１に示す例では、周波数利用情報からＣＨ＿０とＣＨ＿１の信号がプライマリ送信機１００から送信されていることがわかったとする。また、ＣＨ＿２の信号がプライマリ送信機１０１から送信されていることがわかったとする。このとき、プライマリ送信機１００におけるＣＨ＿０の等価等方輻射電力Ｐ１とＣＨ＿１の等価等方輻射電力Ｐ２の関係は、Ｐ１＜Ｐ２であったとする。このような状況において、等価等方輻射電力の低いＣＨ＿０を第１の第一の電波到達状況の推定対象（すなわち、第一の周波数帯域）とした場合に、第一または第二の周波数帯域のうち、共用されているＣＨ＿０と共用されていないＣＨ＿１とを選択候補として選択してもよい。
【０１５６】
センサー部４０５０は、複数送信機用周波数帯域選択部４０４２で決定されたチャネルＣＨ＿１および周波数共用可否の判定対象であるチャネルＣＨ＿０のそれぞれに対し、第１の実施形態と同様にして、プライマリ信号の受信電力を算出する。次に、ＣＨ＿１の受信電力とＣＨ＿１での等価等方輻射電力を用いて、プライマリ送信機１０１とセカンダリ基地局４００間の伝搬損失を推定する。センサー部４０５０は、このようにして得られた伝搬損失推定値とプライマリ送信機１０１のＣＨ＿０における等価等方輻射電力を用いて、プライマリ送信機１０１のＣＨ＿０で送信されたプライマリ信号のセカンダリ基地局４００での受信電力を推定する。
【０１５７】
さらに、センサー部４０５０は、チャネルＣＨ＿０を用いて推定したプライマリ信号の受信電力から、プライマリ送信機１０１のＣＨ＿０で送信されたプライマリ信号の受信電力推定値を減算することで、プライマリ送信機１００のＣＨ＿０で送信されたプライマリ信号の受信電力を推定する。このようにして得られたプライマリ送信機１０１およびプライマリ送信機１００のＣＨ＿０で送信されたプライマリ信号の受信電力は、所定の閾値と比較され、それぞれについて周波数共用可否が判定される。
【０１５８】
次に、プライマリ送信機１０１およびプライマリ送信機１００に相当する周波数共用可否の判定結果がともに共用可能である場合には、共用可能とし、それ以外の場合には共用不可とする最終判定を行う。プライマリ送信機１００からセカンダリ基地局４００への伝搬損失が必要な場合には、算出されたプライマリ送信機１００の受信電力とプライマリ送信機１００の等価等方輻射電力を用いることで算出できる。伝搬損失推定値と周波数共用可否の最終判定結果は、送信制御部４０６０に送られる。
【０１５９】
以上のように、本実施形態によれば、周波数共用可否の判定対象とした第一の周波数帯域において、複数の送信機から無線信号が送信されコグニティブ無線基地局およびコグニティブ無線端末において合成受信される場合に、第二の周波数帯域を用いた伝搬損失推定により、第一の周波数帯域での受信電力推定を行うことで、合成信号による誤った受信電力推定を回避できる。即ち、合成信号の受信によって、伝搬損失推定値が本来の値より小さくなってしまうという課題すなわち伝搬利得推定値が大きくなってしまうという課題、または、本来は共用可能であるＣＨ＿０の周波数共用可否の判定結果が周波数共用不可となってしまう課題すなわち誤警報確率が増加してしまうという課題を解決できる。従って、伝搬損失の推定精度、および周波数共用可否の判定精度を向上できる。
【０１６０】
なお、本発明の全ての実施の形態におけるコグニティブ無線基地局またはコグニティブ無線端末におけるセンサー部は、ＲＦアナログ部から出力されたデジタルベースバンド信号を入力としたが、ＲＦアナログ部の帯域通過フィルタから出力されたＲＦ信号をセンサー部の入力としてもよい。この場合、センサー部はＲＦ信号に対する電力検出やプライマリ信号の特徴量を利用した他の手法を用いることで、周波数共用可否の判定、また、伝搬損失の推定を行うようにする。
【０１６１】
なお、上記実施形態では、スペクトルセンシングの方法として電力検出を用いたセンサー部の構成例を示したが、例えば、センサー部は、プライマリ信号の特徴量を利用した手法を用いてもよい。図２２は、センサー部の他の構成例を示す説明図である。図２２に示すセンサー部５０５０は、プライマリ信号の周期定常性を利用したスペクトルセンシング手法を用いたセンサー部である。周期定常とは、信号の自己相関関数が周期関数となる性質を表す。この性質は、サイクリックプリフィクスを挿入したＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号等に見られ、周期定常である信号は以下の式（１３）に示す周期自己相関値が周期的にピークを持つ特徴がある。
【０１６２】
【数１３】
0005531622.tif 000014
【０１６３】
ここで、αはサイクリック周波数と呼ばれる。また、ｙ（ｎ）は受信信号サンプル値、Ｎは平均化に用いるサンプル数、Δはサンプリング時間、τは周期自己相関値を計算する遅延サンプル数を表す。なお＊は複素共役を表す。サイクリック周波数や遅延サンプル数は、信号形式毎に最適な値が異なる。ＯＦＤＭ信号の場合には、サイクリック周波数としてサイクリックプリフィクスまで含めたＯＦＤＭシンボル長の逆数または逆数の整数倍を用い、遅延サンプル数としてＯＦＤＭの有効シンボル長に相当するサンプル数を用いればよい。
【０１６４】
図２２に示したセンサー部５０５０は、上記の周期定常性を用いて伝搬損失推定を行う。このセンサー部５０５０は、第１の実施形態におけるセカンダリ基地局２００が備えるセンサー部２０５０の代わりとなるセンサー部の例である。以下では、センサー部５０５０とセカンダリ基地局２００のセンサー部２０５０の共通構成については説明を省略する。
【０１６５】
センサー部５０５０では、まずベースバンド信号が周期自己相関生成部５０５１へ入力される。周期自己相関生成部５０５１は、上述の式（１３）を用いて周期自己相関値を生成する。さらに、周期自己相関生成部５０５１では、生成した周期自己相関値を用いて、カイ二乗検定の検定統計量を生成する。ここで、この検定統計量は、平均化に用いたサンプル数と受信ＳＮＲにのみ依存した値となっている特徴がある。生成された検定統計量は、伝搬損失推定部５０５２に入力される。
【０１６６】
伝搬損失推定部５０５２は、周期自己相関生成部５０５１から検定統計量が入力される。伝搬損失推定部５０５２では、検定統計量、平均化サンプル数に応じた受信ＳＮＲの値を予め表として保持する。次に、入力された検定統計量の値、周期自己相関生成部５０５１で用いた平均化サンプル数から、表を参照して受信ＳＮＲを求める。ここで求めた受信ＳＮＲと雑音電力推定値との積（受信ＳＮＲの単位がｄＢの場合には、雑音電力推定値との和）を算出することで、プライマリ信号の受信電力を求める。さらに、このプライマリ信号受信電力と受信したチャネルの等価等方輻射電力とを用いて、上述の式（２）と同様に伝搬損失を推定する。伝搬損失推定値は、所望チャネル受信電力推定部２０５３に入力される。以降の処理はセンサー部２０５０の処理と同様である。
【０１６７】
なお、上記では、第１の実施形態におけるセカンダリ基地局２００が備える場合の例を示したが、他の実施の形態におけるセカンダリ基地局またはセカンダリ端末が備える場合であっても、同様の構成により対応可能である。すなわち、電力検出部に代わって周期自己相関値生成部を備え、伝搬損失推定部が周期自己相関生成部５０５１から入力される検定統計量に基づいて伝搬損失を推定すればよい。
【０１６８】
また、上記の各実施形態では、コグニティブ無線システムの通信形態として、セカンダリ基地局とセカンダリ端末による基地局通信を行う例を示したが、基地局と端末という構成ではなくセカンダリ無線機同士のアドホック通信にも適用可能である。そのような場合には、各無線機にセカンダリ基地局が有していた周波数利用情報取得部と許容送信電力設定部を設けることで、各々に許容送信電力を設定すればよい。
【０１６９】
なお、本発明の全ての実施の形態でのコグニティブ無線基地局は、周波数利用情報取得手段を用いて地理データベースから周波数利用情報を取得したが、周波数利用情報を取得さえできれば、地理データベースは不要である。例えば、コグニティブ無線基地局またはコグニティブ無線端末に周波数利用情報を無線で報知する共通制御チャネルを用いて、コグニティブ無線基地局またはコグニティブ無線端末は周波数利用情報を取得してもよいし、コグニティブ無線基地局またはコグニティブ無線端末に備えたメモリに周波数利用情報を予め記憶しておいてもよい。
【０１７０】
また、上記実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細は、本発明の請求の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更を行なうことができる。
【０１７１】
以下、本発明の概要について説明する。図２３は、本発明の概要を示すブロック図である。図２３に示すように、本発明による無線機１は、周波数帯域選択部１１と、センサー部１２とを備えることを特徴とする。
【０１７２】
周波数帯域選択部１１（例えば、周波数帯域選択部２０４２、２１４２、３０４３，３１４２、複数送信機用周波数帯域選択部４０４２）は、無線通信システムで使用される周波数帯域のうち電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、選択候補帯域の中から無線信号を検出する周波数帯域を選択することを可能とする。
【０１７３】
センサー部１２（例えば、センサー部２０５０、２１５０、３０５０、４０５０、５０５０）は、一例として周波数帯域選択部１１によって選択された周波数帯域における無線信号を検出する。
【０１７４】
センサー部１２は、選択された周波数帯域での無線信号の検出結果と、第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域で一つの送信機から送信される無線信号の伝搬損失を推定する伝搬損失推定部（例えば、伝搬損失推定部２０５２、２１５２、３０５２、４０５２、５０５２）を含んでいてもよい。
【０１７５】
周波数帯域選択部１１は、選択候補帯域の中から、各周波数帯域で送信される無線信号の等価等方輻射電力の大きさに基づいて、無線信号を検出する周波数帯域を選択してもよい。
【０１７６】
周波数帯域選択部１１は、選択候補帯域の中で、送信される無線信号の等価等方輻射電力が大きいものから所定数の周波数帯域を、無線信号を検出する周波数帯域として選択してもよい。
【０１７７】
周波数帯域選択部１１は、選択候補帯域の中から、所定の距離以内にある送信機では共用されていない第二または第三の周波数帯域を、無線信号を検出する周波数帯域として複数選択してもよい。
【０１７８】
周波数帯域選択部１１は、第一の周波数帯域と、選択候補帯域に含まれる、所定の距離以内にある送信機では共用されていない１つ以上の第二または第三の周波数帯域とを、無線信号を検出する周波数帯域として選択してもよい。
【０１７９】
伝搬損失推定部は、周波数帯域選択部で選択された周波数帯域と第一の周波数帯域での電波伝搬による伝搬損失の差を伝搬モデルから算出して、推定した伝搬推定値を補正してもよい。
【０１８０】
伝搬損失推定部は、選択された所定数の周波数帯域における無線信号の検出結果を用いて、各周波数帯域に対する伝搬利得を推定し、所定の重みにより各伝搬利得を重み付け合成した伝搬利得推定値から伝搬損失を推定してもよい。
【０１８１】
センサー部１２は、さらに、伝搬損失推定部によって推定された伝搬損失推定値と、周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域での受信電力を推定する受信電力推定部（例えば、所望チャネル受信電力推定部２０５３、２１５３、３０５３、４０５３、５０５３）と、受信電力推定部によって推定された受信電力推定値を所定の閾値と比較することによって、第一の周波数帯域の共用可否を判定する判定部（例えば、判定部２０５４、２１５４、３０５４、４０５４、５０５４）とを含んでいてもよい。
【０１８２】
また、本発明による無線通信システムは、上記構成に加えて、第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知する報知装置を備えている。
【０１８３】
また、本発明によるスペクトルセンシング方法は、無線機におけるスペクトルセンシング方法であって、電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、選択候補帯域の中から無線信号を検出する周波数帯域を選択し、選択された周波数帯域における無線信号を検出することを特徴とする。
【０１８４】
スペクトルセンシング方法において、さらに、選択された周波数帯域での無線信号の検出結果と、第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域で一つの送信機から送信される無線信号の伝搬損失を推定してもよい。
【０１８５】
また、本発明による無線機制御プログラムは、無線機に適用されるコグニティブ無線機制御プログラムであって、コンピュータに、電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、選択候補帯域の中から無線信号を検出する周波数帯域を選択する処理、および選択された周波数帯域における無線信号を検出させる処理を実行させることを特徴とする。
【０１８６】
無線機制御プログラムは、コンピュータに、さらに、選択された周波数帯域での無線信号の検出結果と、第一の周波数帯域と選択候補帯域となる周波数帯域とを含む各周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報とに基づいて、第一の周波数帯域で一つの送信機から送信される無線信号の伝搬損失を推定する処理を実行させてもよい。
【０１８７】
また、本発明による周波数利用情報報知装置は、無線通信システムで用いられている周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報であって、少なくとも周波数帯域の中心周波数、周波数帯域幅、無線通信システムの送信機の位置情報、無線通信システムの送信アンテナ高情報、無線通信システムの送信電力、無線通信システムの送信アンテナ利得、伝搬モデルを示す情報、標準受信アンテナ高の全てまたはいずれかを含む周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知することを特徴とする。
【０１８８】
周波数利用情報報知装置は、電波到達状況を推定させるために、電波到達状況の推定対象となる周波数帯域を利用する無線通信システムで用いられている周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知してもよい。
【０１８９】
周波数利用情報報知装置は、電波到達状況の推定対象とする第一の周波数帯域に対して、第一の周波数帯域で送信を行う第一の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第二の周波数帯域、または第一の送信機の近傍に位置する第二の送信機で送信に使用される周波数帯域であって第一の周波数帯域とは異なる第三の周波数帯域の少なくとも一方が存在する場合に、第二または第三の周波数帯域の少なくとも一方を含む１つ以上の周波数帯域を選択候補帯域とし、選択候補帯域の中から無線信号を検出する周波数帯域を選択することが可能な周波数帯域選択部と周波数帯域選択部によって選択された周波数帯域における無線信号を検出するセンサー部とを備えた無線機を含む無線端末を相手に、電波到達状況の推定対象となる周波数帯域を利用する無線通信システムで用いられている周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知してもよい。
【０１９０】
また、本発明による周波数利用情報報知プログラムは、コンピュータに、無線通信システムで用いられている周波数帯域の利用状況を示す情報である周波数利用情報であって、少なくとも周波数帯域の中心周波数、周波数帯域幅、無線通信システムの送信機の位置情報、無線通信システムの送信アンテナ高情報、無線通信システムの送信電力、無線通信システムの送信アンテナ利得、伝搬モデルを示す情報、標準受信アンテナ高の全てまたはいずれかを含む周波数利用情報を、所定の制御チャネルを用いて報知する処理を実行させることを特徴とする。
【０１９１】
（付記１）なお、コグニティブ無線機において、周波数帯域選択部１１は、第一の周波数帯域を含む複数の周波数帯域を選択候補帯域として、無線信号を検出する周波数帯域を選択してもよい。
【０１９２】
（付記２）また、周波数帯域選択部１１は、選択候補帯域の中で等価等方輻射電力の最大である周波数帯域を選択してもよい。
【０１９３】
（付記３）また、センサー部１２に含まれる判定部は、第一の周波数帯域を共用して使用する無線通信システムの送信機毎に周波数共用可否を判定してもよい。
【０１９４】
（付記４）また、センサー部１２に含まれる判定部は、第一の周波数帯域での受信電力から、第二または第三の周波数帯域であって所定の距離以内にある送信機では共用されていない周波数帯域での受信電力を減算することで、第一の送信機での受信電力を算出して周波数共用可否を判定してもよい。
【０１９５】
（付記５）また、センサー部１２は、受信信号の電力検出を行う電力検出部（例えば、電力検出部２０５１、３０５１−１〜３０５１−Ｍ）を含み、伝搬損失部は、電力検出によって検出された受信信号の電力値に基づき、伝搬損失の推定を行ってもよい。
【０１９６】
（付記６）また、センサー部１２は、送信信号の特徴量を検出する送信信号特徴量検出部（例えば、周期自己相関値生成部５０５１）を含み、伝搬損失部は、送信信号特徴量検出部によって検出された送信信号の特徴量に基づき、伝搬損失の推定を行ってもよい。
【０１９７】
（付記７）また、周波数利用情報は、各周波数帯域の中心周波数、周波数帯域幅、無線通信システムの送信機の緯度経度情報、無線通信システムの送信アンテナ高情報、無線通信システムの送信電力、無線通信システムの送信アンテナ利得、伝搬モデルを示す情報、標準受信アンテナ高の全てまたはいずれかであってもよい。
【０１９８】
（付記８）また、周波数利用情報を保持する周波数利用情報記憶装置から、通信ネットワークを介して周波数利用情報を取得する周波数利用情報取得部（例えば、周波数利用情報取得部２０４１，３０４１、４０４１）を備えていてもよい。
【０１９９】
（付記９）また、周波数利用情報は、無線信号として共通制御チャネルで報知されるものを取得してもよい。
【０２００】
（付記１０）また、周波数利用情報は、無線機の記憶部に予め記憶されていてもよい。
【０２０１】
（付記１１）また、無線通信システムにおいて、無線基地局が、周波数利用情報の一部または全てを、制御情報として制御下にある無線端末に報知してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
本発明は、複数の無線通信システムで周波数を共用して使用する場合に、他の無線通信システムに影響を与えずに周波数帯域を使用可能か否かを判定する用途に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【０２０３】
１  無線機
１１  周波数帯域選択部
１２  センサー部
１０  プライマリシステムサービスエリア
３０  セカンダリシステムサービスエリア
５０、６０  基準電力エリア
１００、１０１  プライマリ送信機
１１０  プライマリ受信機
１５０  地理データベース
１２０  セカンダリ無線機
２００、３００、４００  セカンダリ基地局
２１０  セカンダリ端末
２００１、２１０１、３００１、４００１  アンテナ
２００２、２１０２、３００２、４００２  送受分離部
２０１０、２１１０、３０１０、４０１０  送信変調器
２０２０、２１２０、３０２０、４０２０  受信復調器
２０３１、２１３１、３０３５、４０３５  低雑音増幅器
２０３０、２１３０、３０３０、４０３０  ＲＦアナログ部
２０３２、２１３２  帯域通過フィルタ
２０３３、２１３３  ミキサー
２０３４、２１３４  局部発振器
２０３５、２１３５  低域通過フィルタ
２０３６、２１３６  アナログデジタル変換器
２０４１、３０４１、４０４１、４０４１  周波数利用情報取得部
２０４２、２１４２、３０４２、４０４２  周波数帯域選択部
２０５０、２１５０、３０５０、４０５０、５０５０  センサー部
２０５１、３０５１  電力検出部
２０５２、３０５２、５０５２  伝搬損失推定部
２０５３、３０５３、５０５２  所望チャネル受信電力推定部
２０５４、３０５４、５０５２  判定部
２０６０、３０６０、４０６０  許容送信電力設定部
２０７０、２１７０、３０７０、４０７０  送信制御部
５０５１  周期自己相関値生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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